线程安全单例模式
1. 问题所在
单例模式是软件开发中最常用的设计模式之一。它确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例，并提供全局访问点。
单例模式的典型应用场景包括：
- 高效管理有限数据库连接的数据库连接池
- 集中应用日志功能的日志实例
- 存储应用级配置的配置管理器
- 在多个组件间维护共享数据的缓存管理器
- 管理并发操作工作线程的线程池
但在多线程环境中实现单例模式时，事情会变得复杂。没有适当的线程安全保证，多个线程可能同时创建多个实例，破坏单例的核心承诺，并可能导致资源冲突或状态不一致。这会导致资源冲突、状态不一致和不可预测的应用行为。
2. 解决方法
1. 同步访问器：简单安全
public static synchronized SynchronizedSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SynchronizedSingleton();
}
return instance;
}
- 对于每个instance的申请都使用synchronized进行同步。
- 这保证了互斥，但引入了性能开销，因为每次访问都会进行同步。
- 这种方法简单直接，在低并发场景或单例创建很少被访问的情况下很有效。
2. 饿汉初始化：通过类加载保证线程安全
public class EagerSingleton {
private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();//使用static在类中直接创建
private EagerSingleton() {}
public static EagerSingleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
- 它本质上是线程安全的，因为JVM保证类初始化是原子操作。
- 缺点是什么？即使从未使用，实例也会被创建，这对于昂贵资源可能不是最优选择
- 当单例保证在启动时就需要时，这种模式是理想选择。
3. 双重检查锁定(DCL)：延迟且高效
public class DoubleCheckedSingleton {
private static volatile DoubleCheckedSingleton instance;//使用volatile修饰
private DoubleCheckedSingleton() {}
public static DoubleCheckedSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DoubleCheckedSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
- 这种模式既延迟又线程安全，但需要将实例变量声明为volatile
- 这种方法通过在实例初始化后避免同步来提高性能。volatile关键字确保跨线程的更改可见性。它适用于性能重要的高并发环境。
4. Bill Pugh单例：延迟且优雅
public class BillPughSingleton {
private BillPughSingleton() {
}
private static class SingletonHelper {
private static final BillPughSingleton BILL_PUGH_SINGLETON_INSTANCE = new BillPughSingleton();
}
public static BillPughSingleton getInstance() {
return SingletonHelper.BILL_PUGH_SINGLETON_INSTANCE;
}
}
- 该类在系统引用它之前不会被加载，这确保了延迟和线程安全，无需同步
5. 枚举单例：最简单的线程安全单例
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void performOperation() {
// 单例操作在这里
}
}
- Java在加载枚举时只实例化枚举常量一次，确保它们本质上是线程安全的
- 防止序列化和反射攻击