面試官：請(qǐng)你寫個(gè)單例模式

你：(太簡(jiǎn)單了吧，我給他來(lái)個(gè)“餓漢式”，再來(lái)個(gè)“懶漢式”)



（2分鐘后，你的代碼新鮮出爐了）

餓漢式單例模式代碼
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance;
} }
懶漢式單例模式代碼
public class LazySingleton { private static LazySingleton instance; private
LazySingleton() { } public static LazySingleton getInstance() { if (instance ==
null) { // 1 instance = new LazySingleton(); // 2 } return instance; } }
(很棒~但是他們真的時(shí)單例嗎)

代碼分析

第一段代碼

instance 是一個(gè)類變量，類變量再類初始化時(shí)創(chuàng)建，類初始化時(shí)相當(dāng)于會(huì)加個(gè)鎖，保證原子性。因此他確實(shí)能保證單例，除非時(shí)多次加載這個(gè)類。

第二段代碼

單線程環(huán)境下沒有問題，確實(shí)是單例。

多線程下則需要考慮下了.

假設(shè)線程A走到了2，同時(shí)線程B走到了1. 線程A走完了，實(shí)例化了LazySingleton，由于B在A還沒有給instance賦值時(shí)走到了1，所以判斷為
instance==null, 所以他也會(huì)創(chuàng)建一個(gè)LazySingleton實(shí)例。

因此此段代碼存在線程安全問題，也就是不能保證LazySingleton是單例的。

解決方案

方案一：直接給獲取實(shí)例的方法加鎖

我們可以通過將getInstance變?yōu)橥椒椒▉?lái)保證同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程進(jìn)入到方法。

如下：
public class LazySingleton { private static LazySingleton instance; private
LazySingleton() { } public static synchronized LazySingleton getInstance() { if
(instance == null) { instance = new LazySingleton(); } return instance; } }
這種方式簡(jiǎn)單粗暴，但是當(dāng)高并發(fā)去獲取單例時(shí)，只有一個(gè)線程能競(jìng)爭(zhēng)到鎖，其他的線程都將阻塞，效率低下。

方案二：雙重鎖定
public class DoubleCheckLocking { private static DoubleCheckLocking instance;
public DoubleCheckLocking() { } public DoubleCheckLocking getInstance() { if
(instance == null) { // 1 synchronized (DoubleCheckLocking.class) { if
(instance == null) { instance = new DoubleCheckLocking(); // 問題根源 } } } return
instance; } }
這段代碼很巧妙，前一種方法直接將getInstance方法變?yōu)橥椒椒〞?huì)帶來(lái)效率低下問題，那么我們就只在創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候加鎖，這樣既能保證效率，也能保證單例。

然而，這種方式也有問題，方騰飛老師在《Java并發(fā)編程藝術(shù)》中無(wú)情地嘲諷了這種做法，原文如下：

因此，人們想出了一個(gè)“聰明”的技巧：雙重檢查鎖定（Double-Checked Locking）

問題的根源就在于new DoubleCheckLocking()這句話，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象大體分為三步, 偽碼表示如下：
memory=allocate() 1分配對(duì)象內(nèi)存 ctorInstance(memory) 2初始化對(duì)象 instance=memory
3引用指向創(chuàng)建的對(duì)象
其中2和3是可能重排序的，因?yàn)樗麄儾淮嬖跀?shù)據(jù)依賴性。也就是3可能在2之前執(zhí)行。

假設(shè)A線程獲取單例按1、3、2走到了3，那么此時(shí)instance不為null, 此時(shí)B線程走到1處，直接將instance返回了，所以調(diào)用方拿到了一個(gè)
未被初始化的對(duì)象。

所以，這個(gè)方法嚴(yán)格來(lái)講是不可取的。

方案二：改良雙重鎖定

方案很簡(jiǎn)單，直接在instance變量前加volatile關(guān)鍵字，如下
private static volatile DoubleCheckLocking instance;
加上volatile可以阻止上述2、3兩條指令的重排序。

方案三：基于類初始化
public class MySingleInstance { private MySingleInstance() { } private static
class InstanceHolder { public static MySingleInstance instance = new
MySingleInstance(); } public static MySingleInstance getInstance() { return
InstanceHolder.instance; } }
JVM在執(zhí)行類的初始化期間會(huì)去獲取一個(gè)鎖, 這個(gè)鎖可以同步多個(gè)線程對(duì)同一個(gè)類的初始化。

一些知識(shí)點(diǎn)

這里簡(jiǎn)單總結(jié)下以上解決方案中涉及的一些知識(shí)點(diǎn), 只是知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)單羅列，后面會(huì)繼續(xù)寫一些文章來(lái)介紹。

線程

線程是輕量級(jí)進(jìn)程，是系統(tǒng)調(diào)度的基本單元，線程之間可以共享內(nèi)存變量，每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的計(jì)數(shù)器、堆棧和局部變量。

syncronized

方案一中我們通過syncronized將獲取實(shí)例的方法同步化了。

三種形式

* 普通同步方法，鎖為當(dāng)前實(shí)例對(duì)象
* 靜態(tài)同步方法，鎖為當(dāng)前類的Class對(duì)象
* 同步代碼塊，鎖為（）里邊的那個(gè)對(duì)象
基本原理

在對(duì)象頭存儲(chǔ)鎖信息，基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)同步方法和代碼塊同步。

volatile

方案三中，我們通過volatile解決了重排序和內(nèi)存可見性問題。

volatile的特點(diǎn)：

* 輕量級(jí)的synchronized，不會(huì)引起線程上下文切換
* 保證共享變量可見性，即一個(gè)線程修改共享變量時(shí)，其他線程能讀到修改后的值
* 加了volatile后，寫操作會(huì)立即從本地內(nèi)存刷新到主內(nèi)存，讀操作會(huì)直接標(biāo)記本地內(nèi)存無(wú)效，從主內(nèi)存中讀取
這里的本地內(nèi)存只是一個(gè)抽象概念，并非真實(shí)存在

重排序

方案二中，我們分析是重排序?qū)е逻@個(gè)方案存在問題。

重排序是編譯器或處理器為了優(yōu)化程序性能對(duì)指令序列進(jìn)行重新排列的過程。

分類：

* 編譯器的指令重排序
* 處理器的指令重排序
處理器的指令重排序規(guī)則較為寬松，java編譯器為了防止處理器對(duì)某些指令重排序會(huì)使用內(nèi)存屏障。

例如上面的volatile, 編譯器生成字節(jié)碼時(shí)會(huì)通過加入內(nèi)存屏障來(lái)阻止cpu對(duì)volatile變量讀寫操作的重排序。

內(nèi)部類

在方案三中，我們使用到了內(nèi)部類。內(nèi)部類就是類里邊的類。

外部類無(wú)法訪問內(nèi)部類成員，只能通過內(nèi)部類的實(shí)例訪問。

內(nèi)部類可以直接訪問外部類的信息，靜態(tài)內(nèi)部類不能訪問實(shí)例成員。

按照其所處的不同位置可以分為：

* 成員內(nèi)部類
* 靜態(tài)內(nèi)部類
* 方法內(nèi)部類
* 匿名內(nèi)部類
總結(jié)

本文介紹常見寫單例的方式存在的問題及解決方案，并將解決方案中涉及的重要知識(shí)點(diǎn)做了簡(jiǎn)單羅列。

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