设计模式之创建型：单例模式案例：双重检查锁

双重检查锁，线程安全

使用时再进行初始化，线程安全

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public class SingletonDemo {

    private static volatile SingletonDemo INSTANCE;

    private SingletonDemo() {
    }

    public static SingletonDemo getINSTANCE() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (SingletonDemo.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }

    public void otherMethod() {
        System.out.println("执行单例方法");
    }
}

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​1. 私有静态 volatile 变量​​

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private static volatile SingletonDemo INSTANCE;

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• ​​volatile 的作用​​：
  • 禁止指令重排序​​：确保 INSTANCE = new SingletonDemo(); 这一步骤的原子性。对象的初始化分为三步(分配内存空间→初始化对象→将引用指向内存地址)，若没有 volatile，JVM 可能重排序为(分配内存→引用赋值→初始化对象)，此时其他线程可能访问到未完全初始化的实例。
  • ​​确保可见性​​：当一个线程修改 INSTANCE 后，其他线程能立即看到最新值，避免因缓存不一致导致多次创建实例。

​​2. 私有构造方法​​

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private SingletonDemo() {}

• 1.

• 目的​​：禁止外部通过 new SingletonDemo() 直接创建实例。
• ​​关键点​​：是所有单例模式的基石，强制依赖 getINSTANCE() 方法获取对象。

​​3. 双重检查锁的 getINSTANCE()​​

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public static SingletonDemo getINSTANCE() {
    if (INSTANCE == null) {                // 第一次检查(无锁)
        synchronized (SingletonDemo.class) {  // 加锁(确保只有一个线程进入)
            if (INSTANCE == null) {        // 第二次检查(有锁)
                INSTANCE = new SingletonDemo();
            }
        }
    }
    return INSTANCE;
}

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第一次检查(外层 if)

• ​​作用​​：避免每次调用 getINSTANCE() 都进入同步块，降低锁竞争开销。
• ​​原理​​：如果实例已存在(INSTANCE != null)，直接返回实例，无需加锁。

同步块(synchronized)​​

• ​​锁对象​​：使用 SingletonDemo.class 类对象作为锁。
• ​​目的​​：确保同一时刻只有一个线程能进入临界区执行实例创建。

​​第二次检查(内层 if)​​

• ​​防止多次实例化​​：多个线程可能同时通过外层检查在等待锁，第一个线程创建实例后，后续线程需再次检查INSTANCE 是否仍为 null，避免重复创建。

​​4. 为什么需要双重检查？​​

• 单次检查的问题​​：
  • 如果仅在外层检查：无法应对多线程同时首次调用的情况，可能导致多个线程都通过 if (INSTANCE == null) 检查，最终重复创建实例。
  • 如果仅在内层检查：每次调用都需要加锁，即使实例已存在，增加性能开销。

​​5. 指令重排序与 volatile 的必要性​​

假设无 volatile 修饰：

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INSTANCE = new SingletonDemo();

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这行代码可能被 JVM 优化为：

1. 分配内存空间。
2. 将 INSTANCE 引用指向内存地址(此时 INSTANCE != null)。
3. 初始化对象(构造函数执行)。
   如果线程 A 执行到步骤 2(INSTANCE 已为非 null)，但未执行步骤 3，此时线程 B 调用 getINSTANCE()：

外层检查 INSTANCE != null，直接返回未初始化完成的实例 → ​​程序错误、空指针异常等​​。
volatile 通过禁止指令重排序(通过内存屏障)确保 new SingletonDemo() 原子性：

1. 分配内存空间。
2. ​​初始化对象​​。
3. ​​将 INSTANCE 指向对象地址​​。