较个真！Matirx 单例写法的线程安全问题_mat是线程安全的吗-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Python_0011/article/details/130821440

文章讨论了一种在Android中实现单例模式时遇到的线程安全问题。代码示例显示，在特定情况下，由于Handler的消息队列机制和wait/notifyAll的使用，可能导致单例对象的非唯一性。作者通过测试程序展示了这个问题，并提出了解决方案，即在实例化时增加判断，确保只有一个实例被创建。此外，文章强调了编写代码时严谨性的重要性，尤其是面对潜在的并发问题。

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最近看了看 Matrix 的源码，无意间看到一个单例的写法。因为这种写法比较特殊，所以花了些时间认真看了下。发现还真的有点问题。当然，其实问题也不大。因为这种单例的问题在没有并发的情况下出现的概率比较低。所以我说“较个真”而已。

问题出现在 FrameDecorator 获取实例的静态方法。看这个写法的意思就是获取一个单例的 FrameDecorator. 不过，因为这里在创建单例的时候需要用到 FloatFrameView 这个控件。因为在 Android 中存在这样一个限制：只有创建一个 View 的线程才能对它进行修改（并不强制是主线程）。所以，如果我们想要在主线程当中使用这个控件就要求创建 View 的时候就应该在主线程中创建。

从这个方法的逻辑可以看出，这里希望，当当前线程是主线程的时候直接创建 FrameDecorator 实例，当当前线程不是主线程的时候就将创建 FrameDecorator 的操作 post 到主线程中执行。

public static FrameDecorator getInstance(final Context context) {
    if (instance == null) {
        if (Thread.currentThread() == Looper.getMainLooper().getThread()) {
            instance = new FrameDecorator(context, new FloatFrameView(context));
        } else {
            try {
                synchronized (lock) {
                    mainHandler.post(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            instance = new FrameDecorator(context, new FloatFrameView(context));
                            synchronized (lock) {
                                lock.notifyAll();
                            }
                        }
                    });
                    lock.wait();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    return instance;
}

这里通过可重入锁 synchronized 实现私有锁进行局部加锁以降低锁粒度。

这里有一个问题，当子线程通获取到 lock 的锁的时候，主线程在 synchronized 的时候是如何获取到锁的呢？这是因为当在子线程中调用 wait 方法的时候，会阻塞并且会同时释放 lock 的锁。所以，主线程当中可以通过 synchronized 获取到 lock 的锁。

经常拿来和 wait 做对比的 sleep 虽然在被调用的时候一样可以让当前线程阻塞，但是不会释放锁的，并且只能通过中断的方式结束阻塞。这是两者之间的区别。

写个例子对比一下，

new Thread(() -> {
    try {
        synchronized (lock) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("do business in child thread."); // 2
                    lock.notifyAll();
                }
            }).start();
            System.out.println("do business in main thread before wait."); // 1
            lock.wait();
            System.out.println("do business in main thread after wait."); // 3
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

执行顺序如上述代码所示，即调用 wait 的时候锁被释放，此时，子线程获取到锁，2 被执行，然后 notify 被调用，阻塞被移除，3 被调用。

换成 sleep，

new Thread(() -> {
    try {
        synchronized (lock) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("do business in child thread."); // 3
                }
            }).start();
            System.out.println("do business in main thread before wait."); // 1
            Thread.sleep(1_000);
            System.out.println("do business in main thread after wait."); // 2
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

锁不会释放，执行结果是，3 必须在 2 完成之后，锁被释放了才能执行。即，

do business in main thread before wait.
do business in main thread after wait.
do business in child thread.

基于 wait+notifyAll 的思路似乎没有什么问题。那么这种单例写法是否存在线程安全问题？答案是会。

这主要的原因是，

第一，虽然 `mainHandler.post()` 的逻辑位于 `wait()` 的前面，但是不能因此而断定 `mainHandler.post()` 内的逻辑就一定在 `wait()` 之前被执行。因为 Handler 是一个消息队列机制，消息本身是需要排队的。可以将 Handler 看作一个单线程的线程池，不过即便如此也无法保证任务被加入到线程池之后立即执行。
第二，当调用 `wait()` 方法释放锁的时候，此时，主线程和子线程对 lock 处于竞争状态。也就是说，此时子线程仍然有可能竞争到锁而进入同步代码块。也就是，可能会向主线程当中 post 两条创建实例的消息。因此，也就会出现创建多个单例的情况。

我们可以写一个测试程序来模拟下，

public class LockTest {

    private static final Object lock = new Object();

    private static final Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

    private static LockTest instance;

    public static void main(String...args) {
        for (int i=0; i<200; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(getInstance())).start();
        }
    }

    private static LockTest getInstance() {
        if (instance == null) {
            try {
                synchronized (lock) {
                    executor.execute(() -> {
                        instance = new LockTest();
                        synchronized (lock) {
                            lock.notifyAll();
                        }
                    });
                    lock.wait();
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
        return instance;
    }
}

这里通过单例的线程池来模拟消息被 post 到主线程的情况。输出的部分结果如下。也就是会出现线程安全问题的，

...
me.shouheng.LockTest@776d8031
me.shouheng.LockTest@776d8031
me.shouheng.LockTest@735037e6
me.shouheng.LockTest@59a30351
me.shouheng.LockTest@59a30351
me.shouheng.LockTest@31d0f5c9
me.shouheng.LockTest@31d0f5c9
me.shouheng.LockTest@735037e6
me.shouheng.LockTest@735037e6
me.shouheng.LockTest@735037e6
...

那么如何解决呢？ 只需要在实例化的时候做一层判断就可以了。为什么呢？因为实例化操作总是在主线程中执行，也就是说实例化的操作是线性执行的。因此是不存在线程安全问题的，

private static LockTest getInstance() {
    if (instance == null) {
        try {
            synchronized (lock) {
                executor.execute(() -> {
                    if (instance == null) {
                        instance = new LockTest();
                    }
                    synchronized (lock) {
                        lock.notifyAll();
                    }
                });
                lock.wait();
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    return instance;
}

这种写法的输出结果都是同一个实例，就不贴出来了。

这种单例写法在安卓当中出现问题的概率并不大。我们开发当中应该会有机会遇到这种单例的情况（需要在主线程当中闯将 view 的时候）。不过根据墨菲定律——如果事情有变坏的可能，不管这种可能性有多小，它总会发生。写代码还是要严谨的，估计吃过亏的都会懂。