5.Java设计模式-创建型模式-单例模式-懒汉式-“双重检查锁+volatile“实现

原创已于 2024-01-15 14:47:34 修改 · 2.2k 阅读

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#java #设计模式 #单例模式

于 2024-01-10 16:33:53 首次发布

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本文详细介绍了Java单例模式中的懒汉式实现，包括使用双重检查锁和volatile关键字确保线程安全。懒汉式支持延迟加载，但实现复杂；饿汉式虽然启动慢但运行速度快。后续将探讨静态内部类的单例实现。

文章目录

1.懒汉式
2.懒汉式-"双重检查锁+volatile"实现
3.代码测试
4.总结
5.饿汉式和懒汉式总结

1.懒汉式

懒汉式：跟饿汉式在类加载时创建不一样，懒汉式是在我们第一次使用时才创建

懒汉式，顾名思义，比较懒，没事儿就不会创建

2.懒汉式-"双重检查锁+volatile"实现

在这里插入图片描述

懒汉式用"双重检查锁+volatile"的实现方式如上图，重点代码我框了起来，并进行了编号
下面的步骤有点多，没办法，双重检查锁+volatile确实不好讲，细节也多，建议大家多看几遍，慢慢梳理流程
按②③④⑤的顺序梳理一下整体逻辑
- step 1：假设现在有线程1和线程2同时调用了getInstance方法，他们都走到了②，由于INSTANCE并没有被创建，所以②处的if判断，线程1和线程2都为true，他们都可以走到③
- step 2：假设线程1和线程2同时走到了③，此时就会发生锁的竞争，这里我们假设是线程1抢到了锁，能接着往下执行，线程2则在③等待，等待线程1释放了锁后再执行后续代码
- step 3：线程1走到④的时候，想必大家都有疑问，咋又来判断if(INSTANCE == null)呢？后面再给大家解答，我们先接着往下走
- step 4：线程1在④进行if判断的结果肯定为true，所以线程1能走到⑤，这里敲重点，让我们的视线看向①，我们在INSTANCE前加了volatile关键字，这个关键字的作用我先不讲，我们先把流程梳理完后再来讲
- step 5：线程1走完⑤后，INSTANCE就会被创建出来了，这时候线程1就可以释放锁，拿着创建好的INSTANCE退出getInstance方法去执行自己的业务逻辑
- step 6：在线程1从执行②到执行完⑤的这个期间内，可能会有其他的线程例如线程3、线程4、线程5也调用了getInstance方法，这三个新的线程肯定都会和线程2一样卡在③等待线程1释放锁
- step 7：当线程1释放了锁，也就是创建好INSTANCE后，线程2、线程3、线程4、线程5就会抢锁，无论它们之间谁抢到了锁，都会来到④，这个时候，INSTANCE已经不为空了，他们都会拿着线程1实例化好的INSTANCE直接返回了，就不会再重新new Singleton()了，这也就解答了step 3提出的问题，即为什么还需要一个if判断。②③④就构成了双重检查锁
- step 8：在线程1执行完⑤后，如果有新的线程例如线程6调用了getInstance方法，那么线程6走到②就为false，直接拿着线程1创建好的INSTANCE返回，即后续所有新的线程调用getInstance就都不会走到③了，也就不用加锁和释放锁了，也就解决了上一章在方法上加synchronized导致频繁加锁和释放锁以及锁的粒度大的问题
- step 9：最后我们来看为啥要在INSTANCE前加volatile关键字，大家看向⑤，其实new一个对象的过程总共涉及三步，并不是一蹴而就的
  - 1：分配内存空间，实例化对象（这个时候对象已经有了，但是对象里面的成员变量存的都是默认值）
  - 2：初始化对象，即调用构造方法为成员变量赋实际值
  - 3：将内存空间地址赋值给INSTANCE
- 我们先假设Singleton类中有int a; int b; double c;这三个成员变量，然后再往下看
- step 10：正常创建一个对象的步骤是1-2-3，如果不加volatile，可能会出现指令重排（指令重排是操作系统为了提高执行效率和资源的利用效率），指令重排可能会导致步骤变为1-3-2。在单线程的情况下，1-3-2没啥问题。如果是多线程情况下，就可能出现问题，假设没加volatile，线程1执行到⑤创建对象的时候发生了指令重排，即步骤变为了1-3-2，这个时候我们再假设线程1只执行完了1-3，2还没来得及执行，即已经将内存空间的地址赋值给了INSTANCE，但是INSTANCE里面的成员变量没有赋实际值，都还只是默认值，重点，重点，重点，这个时候突然来了一个线程10调用了getInstance方法，线程10走到②的时候，if(INSTANCE== null)为false，线程10就拿到了这个没赋实际值的INSTANCE，若是去访问里面的成员变量，那么就会出现问题。所以加volatile是为了防止在多线程情况下创建INSTANCE的时候发生指令重排，让创建INSTANCE的步骤锁死为1-2-3，步骤锁死为1-2-3的话，只有在给成员变量赋好实际值之后，才会将内存空间地址赋值给INSTANCE

3.代码测试

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("s1 == s2: " + (s1 == s2)); // s1 == s2: true
    }
}

4.总结

优点
- 线程安全
- 支持延迟加载
- 支持高并发
缺点
- 实现复杂

5.饿汉式和懒汉式总结

饿汉式：如果系统中的单例大多采用饿汉式的话，那么这个系统启动的比较慢，因为要事先创建好所有的单例对象，资源的占用也比较多。但是这个系统的运行速度就要快些，因为需要的单例对象都已经创建好了，不需要在运行的时候创建
懒汉式：如果系统中的单例大多采用懒汉式的话，那么这个系统启动的比较快，因为不需要的单例对象不必事先创建，资源的占用就比较少。但是这个系统的运行速度可能一开始就慢一些，因为单例对象要在运行途中创建

上一章和本篇我们讲了单例模式-懒汉式的两种实现方式，相信大家对懒汉式都有了一定的理解

好了，Java设计模式-创建型模式-单例模式-懒汉式就讲到这里了~

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