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Java单例模式——保证线程安全

2023-07-05 10:18:58 深夜i -- --

Java 单例模式线程安全

Java单例模式是一种常见的设计模式，它可以确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在多线程的环境下，单例模式需要重点考虑线程安全问题。本文将介绍如何使用Java单例模式来保证线程安全。

一、单例模式的原理

单例模式是一种创建型设计模式，它只允许一个类有一个实例。在Java中，我们可以将单例模式分为以下两种实现方式：

1. 饿汉式单例模式

在这种方式中，类在创建时就会直接实例化单例对象。这种方式简单易使用，但是在大型项目中，单例对象可能永远不会用到，这样会造成浪费资源。

2. 懒汉式单例模式

在这种方式中，类在调用时才会实例化单例对象。这种方式节省了资源，但是在多线程环境下会有线程安全问题。

二、线程安全问题

在多线程环境下，单例模式确保只有一个实例非常重要。然而，懒汉式单例模式在多线程情况下会创建多个实例，在单例对象没有初始化完成前，其它线程就已经获取了实例，导致多个实例同时存在。这样会破坏单例模式的初衷，造成程序错误。

三、解决方案

1. 饿汉式单例模式

在饿汉式单例模式中，类在创建时就直接实例化单例对象，因此不存在线程安全问题。但是这种方法可能会造成资源的浪费，因为单例对象可能永远不会用到。

2. 懒汉式单例模式

在懒汉式单例模式中，单例对象只有在需要的时候才会被创建，节省了资源。但是存在线程安全问题。

解决线程安全的方法有以下三种：

a. synchronized同步代码块

在getInstance()方法中使用同步代码块实现线程同步。


public static Singleton getInstance() {
  if (singleton == null) {
    synchronized(Singleton.class) {
      if (singleton == null) {
        singleton = new Singleton();
      }
    }
  }
  return singleton;
}

b. volatile关键字

使用volatile关键字保证线程之间的可见性。


private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
  if (singleton == null) {
    synchronized(Singleton.class) {
      if (singleton == null) {
        singleton = new Singleton();
      }
    }
  }
  return singleton;
}

c. 内部类实现

使用静态内部类实现单例，这种方式可以保证线程安全。


public class Singleton {
  private Singleton() {}
  private static class SingletonHolder {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  }
  public static Singleton getInstance()
    return SingletonHolder.INSTANCE;
  
}

结论

Java单例模式是一种非常常用的设计模式，为了保证线程安全，一般采用懒汉式单例模式。但是懒汉式单例模式存在线程安全问题，因此可以通过synchronized同步代码块、volatile关键字和内部类等方式来解决问题。在使用单例模式的时候，我们需要根据项目需求和使用场景来选择适合的实现方式。

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