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【多线程】单例模式 | 饿汉模式 | 懒汉模式 | 指令重排序问题

news 2025/7/20 6:44:05

文章目录

单例模式
- 一、单例模式
- - 1.饿汉模式
  - 2.懒汉模式（单线程）
  - 3.懒汉模式（多线程）
  - - 改进
  - 4.指令重排序
  - - - 1.概念
      - 2.question:
      - 3.解决方法
      - 4总结：

单例模式

一、单例模式

单例，就是单个实例

在有些场景中，希望有的类只能有一个对象，通过代码的语法规范，达到编译器强制检查的效果

单例模式保证某个类在程序中只存在唯一一份实例, 而不会创建出多个实例

比如很多用来管理数据的对象，就是单个实例的。

1.饿汉模式

//希望有唯一实例
class Singleton {//单例模式private static Singleton instance = new Singleton();//因为是static成员，在Singleton这个类被加载的时候，这里就会创建实例public static Singleton getInstance(){//通过getInstance方法来获取到这个实例return instance;}private Singleton(){}//将构造方法设置为私有的}public static void main(String[] args) {Singleton instance1 = Singleton.getInstance();//通过类名调用成员方法，获取到唯一实例Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance1 == instance2);//true}

将构造方法设置为私有的，避免再次生成实例。只能通过getInstance()方法来获取类变量创建好的唯一实例
唯一实例是在类加载的时候创建的（创建时间早）->饿汉模式（比较急）
在饿汉模式中，如果在多线程中，多个线程同时读取同一个变量，是线程安全的。只读不修改。

2.懒汉模式（单线程）

比较从容，在第一次使用的时候，再去创建实例

class SingletonLazy{private static SingletonLazy instance = null;//先设置为空public static SingletonLazy getInstance(){if (instance == null){instance = new SingletonLazy();}return instance;}private SingletonLazy(){}}

在首次调用getInstance方法的时候，才会真正创建唯一实例

不调用就不会创建。
”懒“意味着高效，省略不必要的操作和开销，只在需要的时候才开始进行。

在这里插入图片描述

违背了单例的要求。
懒汉模式在多线程环境下，涉及到了同一个变量的读取和修改，就存在线程安全问题。

3.懒汉模式（多线程）

解决方法：对if的判断操作和创建实例操作进行加锁，使两个操作始终执行在一起。

class SingletonLazy{private static SingletonLazy instance = null;//先设置为空public static  SingletonLazy getInstance(){synchronized(SingletonLazy.class){if (instance == null){instance = new SingletonLazy();}}return instance;}private SingletonLazy(){}
}

虽然进行了加锁，但是每次再调用getInstance()方法的时候，都会进行加锁操作。
而懒汉模式的线程安全问题，体现在第一次实例法创建。后续创建好实例后的所有调用操作，都是读操作，没有必要进行加锁。
加锁是一个开销很大的操作，加锁就可能涉及到锁竞争，一冲突就会引发堵塞等待，涉及线程的调度。

改进

在加锁操作前，再进行一次判断

如果实例未创建，此时存在线程安全问题，需要加锁。如果对象已经创建，此时线程就是安全的，不需要加锁

    private static SingletonLazy instance = null;//先设置为空public static SingletonLazy getInstance() {if (instance == null) {//第一个if判断的是是否要加锁synchronized (SingletonLazy.class) {if (instance == null) {//第二个if判断的是，是否要new对象instance = new SingletonLazy();}}}return instance;}

首次拿到锁的那个进程，一定创建了这个唯一对象。等后续的进程拿到锁后，再次进行判断，就不会创建对象了。

指令重排序可能会对上述代码会产生影响。

4.指令重排序

1.概念

同样也是因为编译器的优化：

编译器为了执行效率，在保证逻辑不变的前提下，可能会调整原来代码的执行顺序，从而提高效率。

在单线程下安全，多线程下可能会存在误判。

在多线程下，创建实例的操作时，new操作可能会引发指令重排序问题

new操作分为三步：第一步一定是先执行的，可能是1 、2、3 或者1、3、2的顺序；来执行。

1.申请内存空间

2.在内存空间上构造对象（执行构造方法）

3.把内存的地址，赋值给instance引用

就类似于：买房装修交钥匙 / 买房、交钥匙、装修最终效果是一样的。

假设线程1按照1、3、2的顺序来执行。当1和3执行完后，3直接进行赋值操作。此时，instance就不在是null了，而是指向的是一个还没有进行初始化的非法对象。此时1、3执行完，还没开始执行操作2，线程2就开始执行了。线程2先对instance进行判断。此时intance==null 不成立，线程2直接返回instance。但是instance只是一个还没有进行初始化的非法对象。线程2获取的对象是不完全的。会产生严重的问题。

也就是说，由于操作指令的执行顺序被优化了，导致实例创建的不完全就被调用了。表面提前符合了判断标准，但是内部还没有进行完全。
就类似于：业主买的是精装房，直接交了钥匙，想要拎包入住时，发现没有进行装修还是毛坯房。实际上精装房是包含装修的。那么就是开发商的执行顺序出现了问题，没安排装修就交了钥匙~

2.question:

提问：既然线程1执行到new的过程中，就已经先加锁了。线程2还能new的1、3操作刚完时，就插进来执行吗？

因为线程2的第一个if没有涉及到加锁操作，是完全可以执行的。锁的阻塞等待，一定是两个线程都加锁的时候才会触发。线程1拿到锁时，修改了instance的引用。此时线程2并没有参与锁的竞争，只是进行了第一个if的判断，非空情况下也不会进入if内部进行加锁操作，而是直接进行了返回。因此没有涉及任何阻塞等待。

3.解决方法

采用volatile,用volatile来修饰instence,保证instence在修改的过程中，就不会进行指令重排序的现象了。

class SingletonLazy {private static volatile SingletonLazy instance = null;//先设置为空public static SingletonLazy getInstance() {if (instance == null) {//第一个if判断的是是否要加锁synchronized (SingletonLazy.class) {if (instance == null) {//第二个if判断的是，是否要new对象instance = new SingletonLazy();}}}return instance;}private SingletonLazy() {}