java 静态代码块 多线程,Java多线程编程笔记10：单例模式

立即加载：“饿汉模式”

立即加载就是指使用类的时候已经将对象创建完毕，常见的实现方法就是直接new实例化。也就是在调用方法前，实例就被创建了。示例代码如下所示：

class MyObject{

private static MyObject myObject=new MyObject();

private MyObject(){}

public static MyObject getInstance(){

//如果还有其他代码，存在线程安全问题

return myObject;

}

}

class MyThread extends Thread{

@Override

public void run(){

System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());

}

}

public class Run{

public static void main(String[] args){

MyThread t1=new MyThread();

MyThread t2=new MyThread();

MyThread t3=new MyThread();

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

运行结果如下：

58615885

58615885

58615885

可以发现，实现了单例模式，因为多个线程得到的实例的hashCode是一样的。

延迟加载：“懒汉模式”

延迟加载就是在调用getInstance()方法时实例才被创建，常见的方法就是在getInstance()方法中进行new实例化。实现代码如下：

class MyObject{

private static MyObject myObject;

private MyObject(){}

public static MyObject getInstance(){

if(myObject==null){ //A线程执行

myObject=new MyObject();//B线程执行

}

return myObject;

}

}

class MyThread extends Thread{

@Override

public void run(){

System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());

}

}

public class Run{

public static void main(String[] args){

MyThread t1=new MyThread();

MyThread t2=new MyThread();

MyThread t3=new MyThread();

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

}

但是由于在getInstance()中，存在多条语句，因此可能存在线程安全问题。运行结果也显示了这一点：

2041531420

1348345633

1348345633

甚至，当getInstance()中，有更多的语句，会出现不同的三个对象，在if(myObject==null)语句块中加入Thread.sleep(3000),运行结果如下所示：

218620763

58615885

712355351

DCL

如果使用synchronized关键字，对整个getInstance()上锁或者对整个if语句块加锁，会存在效率问题。

最终采用了DCL(Double-Check Locking)双检查锁机制，也是大多数多线程结合单例模式使用的解决方案。第一层主要是为了避免不必要的同步，第二层判断则是为了在null情况下才创建实例。

public class MyObject{

private static MyObject myObject;

private MyObject(){

}

public static MyObject getInstance(){

if (myObject == null) {//第一次检查

try {

Thread.sleep(3000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

synchronized (MyObject.class) {//加锁

if (myObject == null) {//第二次检查

myObject = new MyObject();//创建对象

}

}

}

return myObject;

}

}

测试结果，得到的是相同的hashcode。

上述双重检查锁定的方法从表面上看来达到了如下的效果：

多个线程试图在同一时间创建对象时，通过加锁保证只有一个线程能创建对象

在对象创建好之后，执行 getInstance() 方法将不需要获取锁，直接返回已经创建好的对象

创建对象可以分解为 分配内存；初始化；设置myObject指向的内存地址。但是由于重排序，可能导致先分配地址再进行初始化。因此，在线程A设置好了内存空间，还未初始化时，线程B判断不为空，将访问该对象，得到了一个还未初始化的对象。

解决办法有两种：

不允许初始化和设置变量指向的内存地址两步重排序(使用volatile)

允许这两步重排序，但是不允许其他线程看到这个重排序

基于volatile的解决方案

public class MyObject{

private volatile static MyObject myObject;

private MyObject(){

}

public static MyObject getInstance(){

if (myObject == null) {//第一次检查

synchronized (MyObject.class) {//加锁

if (myObject == null) {//第二次检查

myObject = new MyObject();//创建对象

}

}

}

return myObject;

}

}

由于instance是volatile修饰的，初始化和设置内存地址在多线程环境中将被禁止重排序。

基于类初始化的解决方案(静态内置类)

public class MyObject{

private static class MyObjectHandler{

private static MyObject myObject=new MyObject();

}

private MyObject(){

}

public static MyObject getInstance(){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

return MyObjectHandler.myObject;

}

}

采用静态内置类的方法，是线程安全的。JVM在类的初始化阶段，会执行类的初始化。在执行类的初始化期间，JVM会去获取一个锁，可以同步多个线程对同一个类的初始化。虽然可能重排序，但是其他线程是无法看到这个过程的。

类的初始化过程：

通过在 Class 对象上同步(获取 Class 对象的初始化锁)，控制类或接口的初始化。这个获取锁的线程会一直等待，直到当前线程能获得这个初始化锁。

线程A执行类的初始化，线程B在初始化锁对应的 condition 上等待。

线程A设置state=initialized，然后唤醒在 condition 中等待的所有线程。

其他线程获取到初始化锁，读取到state，释放该锁，然后类初始化处理过程完成。

使用static代码块

静态代码块的代码再使用类的时候就已经执行了，所以可以应用静态代码块的这个特性来实现单例设计模式。

public class MyObject{

private static MyObject myObject=null;

static{myObject=new MyObject();}

private MyObject(){

}

public static MyObject getInstance(){

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

return myObject;

}

}

使用enum枚举数据类型

使用枚举类时，和静态代码块的特性相似，构造方法会被自动调用。枚举在经过javac的编译之后，会被转换成形如public final class T extends Enum的定义。也就是说，我们定义的一个枚举，在第一次被真正用到的时候，会被虚拟机加载并初始化，而这个初始化过程是线程安全的。而我们知道，解决单例的并发问题，主要解决的就是初始化过程中的线程安全问题。

所以，由于枚举的以上特性，枚举实现的单例是天生线程安全的。同时，枚举可解决反序列化会破坏单例的问题。

enum MyObject{

INSTANCE;

}

SimpleDataFormat

SimpleDataFormat使用了单例模式，具有线程安全问题。SimpleDateFormat中的日期格式不是同步的。推荐(建议)为每个线程创建独立的格式实例。如果多个线程同时访问一个格式，则它必须保持外部同步。

解决方案1：需要的时候创建新实例

public class DateUtil {

public static String formatDate(Date date)throws ParseException{

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

return sdf.format(date);

}

public static Date parse(String strDate) throws ParseException{

SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

return sdf.parse(strDate);

}

}

在需要用到SimpleDateFormat 的地方新建一个实例，不管什么时候，将有线程安全问题的对象由共享变为局部私有都能避免多线程问题，不过也加重了创建对象的负担。在一般情况下，这样其实对性能影响比不是很明显的。

解决方案2：同步SimpleDateFormat对象

public class DateSyncUtil{

private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

public static String formatDate(Date date)throws ParseException{

synchronized(sdf){

return sdf.format(date);

}

}

public static Date parse(String strDate) throws ParseException{

synchronized(sdf){

return sdf.parse(strDate);

}

}

}

当线程较多时，当一个线程调用该方法时，其他想要调用此方法的线程就要block，多线程并发量大的时候会对性能有一定的影响。

解决方案3：使用ThreadLocal

public class ConcurrentDateUtil{

private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal() {

@Override

protected DateFormat initialValue(){

return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

}

};

public static Date parse(String dateStr) throws ParseException{

return threadLocal.get().parse(dateStr);

}

public static String format(Date date){

return threadLocal.get().format(date);

}

}

使用ThreadLocal, 也是将共享变量变为独享，线程独享肯定能比方法独享在并发环境中能减少不少创建对象的开销。如果对性能要求比较高的情况下，一般推荐使用这种方法。