Java中的单例模式的线程安全

本文详细解析了Java单例模式下的线程安全问题,包括饿汉模式和懒汉模式的不同实现及其线程安全特性。通过代码示例,阐述了在多线程环境下,如何确保单例模式的正确性和效率,特别是双检查锁(DCL)机制的运用。

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Java单例模式下的线程安全
首先我们来讲一下饿汉模式的线程安全

/**
 * 饿汉模式下的单例 饿汉模式下是没有线程安全问题的
 * 
 * @author xhh
 *
 */
public class Singleton2 {
	public static Singleton2 s = new Singleton2();
	public static Singleton2 getSingleton() {
		return s;
	}
	public Singleton2() {

	}
}

建立5个线程,进行测试
在这里插入图片描述
从上述实验可知:饿汉模式下的单例,实际上在获取单例对象的时候并不存在对单例对象的读写,所以并不构成共享资源脏读写的环境,所以饿汉模式实现的案例是不存在线程安全性问题的。
懒汉模式
在没加锁的情况下的懒汉

/**
 * 饱汉模式下的单例模式
 * 没加锁的情况下
 * @author 80769
 *
 */
public class Singleton1 {
	public static Singleton1 s=null;
	public static Singleton1 getSingleton() {
		if(s==null) {
			s=new Singleton1();
		}
		return s;
	}
}

以下是运行的截图
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
双检查锁下的饿汉单例模式

/**
 * 线程安全的单例模式(懒汉)
 * @author 80769
 *
 */
public class Singleton {
	public static volatile Singleton s=null;
	public static Singleton getSinglen() {
		synchronized(Singleton.class) {
			if(s==null) {
				s=new Singleton();
			}			
		}
		return s;
	}
	public Singleton() {
		
	}
}

运行的结果
在这里插入图片描述
双检查锁(Double Check Lock - DCL):双检查锁值得就是一方面在共享资源对象上使用volatile关键字,一方面在对共享资源对象读写的代码段中,使用synchronized关键字的加锁方式,从共享资源对象变化的透明度到对共享资源的读写,双方面提供同步保障。

### Java单例模式线程安全实现 #### 静态内部类方式 在现代Java实践中,推荐使用基于类加载机制的静态内部类方式来实现单例模式。这种方式不仅简洁而且避免了双重检查锁定可能带来的复杂性[^1]。 ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 此方法利用了Java虚拟机(JVM)的类初始化特性,在首次调用`getInstance()`时才会加载并初始化内部类`SingletonHolder`及其唯一的实例对象。由于类的初始化阶段由JVM保证其线程安全性,因此无需额外同步措施即可确保线程安全性和懒加载效果。 #### 双重检查锁定(DCL) 另一种常见的做法是采用双重检查锁定机制(Double Checked Locking),即先进行一次无锁检测再进入临界区执行加锁操作,并且在此之后还要做第二次验证以确认是否已经存在实例。这种方法可以在一定程度上减少不必要的同步开销,提高性能效率[^3]。 ```java public class Singleton { private volatile static Singleton uniqueInstance; private Singleton() {} public static Singleton getUniqueInstance() { if (uniqueInstance == null) { // 第一重校验 synchronized (Singleton.class) { if (uniqueInstance == null) { // 第二重校验 uniqueInstance = new Singleton(); } } } return uniqueInstance; } } ``` 这里的关键在于声明了一个带有`volatile`修饰符的静态成员变量`uniqueInstance`,用于防止指令重排序造成的内存可见性问题,从而保障多线程环境下的正确行为。 虽然DCL能较好地平衡资源消耗与响应速度之间的关系,但由于其实现较为繁琐容易出错,所以在实际开发过程中更倾向于选择更为简单可靠的静态内部类方案作为首选策略。
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