Java中安全執行緒的單例模式

寫出一個單例模式（Singleton Pattern）

public final class EagerSingleton 
{ 
    private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton(); 
    private EagerSingleton(){ 
    } 
 
    public static EagerSingleton getSingleInstance(){ 
       return singObj;
    } 
} 
這種寫法就是所謂的饑餓模式，每個對象在沒有使用之前就已經初始化了。這就可能帶來潛在的效能問題：如果這個對象很大呢？沒有使用這個對象之前，就把它載入到了記憶體中去是一種巨大的浪費。針對這種情況，我們可以對以上的代碼進行改進，使用一種新的設計思想——消極式載入（Lazy-load Singleton）。

public final class LazySingleton 
{ 
    private static LazySingleton singObj = null; 
 
    private LazySingleton(){ 
    } 
 
    public static LazySingleton getSingleInstance(){ 
        if(null == singObj) singObj = new LazySingleton();
          return singObj;
    } 
} 
這種寫法就是所謂的懶漢模式。它使用了消極式載入來保證對象在沒有使用之前，是不會進行初始化的。這種寫法安全執行緒嗎？不安全。這是因為在多個線程可能同時運行到if(null == singObj)，判斷singObj為null，於是同時進行了初始化。所以，這是面臨的問題是如何使得這個代碼安全執行緒？很簡單，在那個方法前面加一個Synchronized就OK了。

public final class ThreadSafeSingleton 
{ 
    private static ThreadSafeSingleton singObj = null; 
 
    private ThreadSafeSingleton(){ 
    } 
 
    public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){ 
        if(null == singObj ) singObj = new ThreadSafeSingleton();
            return singObj;
    } 
} 
這個寫法有沒有什麼效能問題呢？答案肯定是有的！同步的代價必然會一定程度的使程式的並發度降低。那麼有沒有什麼方法，一方面是安全執行緒的，有可以有很高的並發度呢？

我們觀察到，線程不安全的原因其實是在初始化對象的時候，所以，可以想辦法把同步的粒度降低，只在初始化對象的時候進行同步。這裡有必要提出一種新的設計思想——雙重檢查鎖（Double-Checked Lock）。

public final class DoubleCheckedSingleton 
{ 
    private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null; 
 
    private DoubleCheckedSingleton(){ 
    } 
 
    public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){ 
       if(null == singObj ) {
             Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
                    if(null == singObj)
                          singObj = new DoubleCheckedSingleton();
             }
       }
       return singObj;
    } 
} 
這種寫法使得只有在載入新的對象進行同步，在載入完了之後，其他線程在第九行就可以判斷跳過鎖的的代價直接到第15行代碼了。做到很好的並發度。

上面的寫法一方面實現了Lazy-Load，另一個方面也做到了並發度很好的安全執行緒，一切看上很完美。其實這種寫法還是有問題的！問題在哪裡？假設線程A執行到了第9行，它判斷對象為空白，於是線程A執行到第12行去初始化這個對象，但初始化是需要耗費時間的，但是這個對象的地址其實已經存在了。此時線程B也執行到了第九行，它判斷不為空白，於是直接跳到15行得到了這個對象。但是，這個對象還沒有被完整的初始化！得到一個沒有初始化完全的對象有什麼用！關於這個Double-Checked
Lock的討論有很多，目前公認這是一個Anti-Pattern，不推薦使用！

 

這裡又要提出一種新的模式——Initialization on Demand Holder. 這種方法使用內部類來做到消極式載入對象，在初始化這個內部類的時候，JLS(Java Language Sepcification)會保證這個類的安全執行緒。這種寫法完全使用了Java虛擬機器的機制進行同步保證，沒有一個同步的關鍵字。
public class Singleton   
{   
    private static class SingletonHolder   
    {   
        public final static Singleton instance = new Singleton();   
    }   
  
    public static Singleton getInstance()   
    {   
        return SingletonHolder.instance;   
    }   
} 

提供一些連結For your reference:
Double-Checked Lock:http://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking
Initialzation on Demand Holder:

http://en.wikipedia.org/wiki/Initialization_on_demand_holder_idiom

 

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