線程安全的單例模式

面試的時候，常常會被問到這樣一個問題：請您寫出一個單例模式（Singleton Pattern）吧。好吧，寫就寫，這還不容易。順手寫一個：

1. public?final?class?EagerSingleton ?
2. {??
3. ????private?static?EagerSingleton?singObj?=?new?EagerSingleton();??
4. ??
5. ????private?EagerSingleton(){ ?
6. ????}??
7. ??
8. ????public?static?EagerSingleton?getSingleInstance(){ ?
9. ???????return?singObj；
10. ????}??
11. } ?

這種寫法就是所謂的?饑餓模式，每個對象在沒有使用之前就已經初始化了。這就可能帶來潛在的性能問題：如果這個對象很大呢？沒有使用這個對象之前，就把它加載到了內存中去是一種巨大的浪費。針對這種情況，我們可以對以上的代碼進行改進，使用一種新的設計思想——?延遲加載（Lazy-load Singleton）。

1. public?final?class?LazySingleton ?
2. {??
3. ????private?static?LazySingleton?singObj?=?null;??
4. ??
5. ????private?LazySingleton(){ ?
6. ????}??
7. ??
8. ????public?static?LazySingleton?getSingleInstance(){ ?
9. ????????if(null?==?singObj?)?singObj = new LazySingleton();
10. ??????????return?singObj；
11. ????}??
12. } ?

這種寫法就是所謂的?懶漢模式。它使用了延遲加載來保證對象在沒有使用之前，是不會進行初始化的。但是，通常這個時候面試官又會提問新的問題來刁難一下。他會問：這種寫法線程安全嗎？回答必然是：不安全。這是因為在多個線程可能同時運行到第九行，判斷singObj為null，于是同時進行了初始化。所以，這是面臨的問題是如何使得這個代碼線程安全？很簡單，在那個方法前面加一個Synchronized就OK了。

1. public?final?class?ThreadSafeSingleton ?
2. {??
3. ????private?static?ThreadSafeSingleton?singObj?=?null;??
4. ??
5. ????private?ThreadSafeSingleton(){ ?
6. ????}??
7. ??
8. ????public?static?Synchronized?ThreadSafeSingleton?getSingleInstance(){ ?
9. ????????if(null?==?singObj?)?singObj = new?ThreadSafeSingleton();
10. ????????????return?singObj；
11. ????}??
12. } ?

寫到這里，面試官可能仍然會狡猾的看了你一眼，繼續刁難到：這個寫法有沒有什么性能問題呢？答案肯定是有的！?同步的代價必然會一定程度的使程序的并發度降低。那么有沒有什么方法，一方面是線程安全的，有可以有很高的并發度呢？我們觀察到，線程不安全的原因其實是在初始化對象的時候，所以，可以想辦法把同步的粒度降低，只在初始化對象的時候進行同步。這里有必要提出一種新的設計思想——?雙重檢查鎖（Double-Checked Lock）。

1. public?final?class?DoubleCheckedSingleton ?
2. {??
3. ????private?static?DoubleCheckedSingletonsingObj?=?null;??
4. ??
5. ????private?DoubleCheckedSingleton(){ ?
6. ????}??
7. ??
8. ????public?static?DoubleCheckedSingleton?getSingleInstance(){ ?
9. ????????if(null?==?singObj?) {
10. ??????????????Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
11. ?????????????????????if(null?==?singObj)
12. ???????????????????????????singObj = new?DoubleCheckedSingleton();
13. ??????????????}
14. ?????????}
15. ???????return?singObj；
16. ????}??
17. } ?

這種寫法使得只有在加載新的對象進行同步，在加載完了之后，其他線程在第九行就可以判斷跳過鎖的的代價直接到第15行代碼了。做到很好的并發度。

至此，上面的寫法一方面實現了Lazy-Load，另一個方面也做到了并發度很好的線程安全，一切看上很完美。這是，面試官可能會對你的回答滿意的點點頭。但是，你此時提出說，其實這種寫法還是有問題的！！問題在哪里？假設線程A執行到了第9行，它判斷對象為空，于是線程A執行到第12行去初始化這個對象，但初始化是需要耗費時間的，但是這個對象的地址其實已經存在了。此時線程B也執行到了第九行，它判斷不為空，于是直接跳到15行得到了這個對象。但是，這個對象還?沒有被完整的初始化！得到一個沒有初始化完全的對象有什么用！！關于這個Double-Checked Lock的討論有很多，目前公認這是一個Anti-Pattern，不推薦使用！所以當你的面試官聽到你的這番答復，他會不會被Hold住呢？

那么有沒有什么更好的寫法呢？有！這里又要提出一種新的模式——?Initialization on Demand Holder.?這種方法使用內部類來做到延遲加載對象，在初始化這個內部類的時候，JLS(Java Language Sepcification)會保證這個類的線程安全。這種寫法最大的美在于，完全使用了Java虛擬機的機制進行同步保證，沒有一個同步的關鍵字。

1. public?class?Singleton ???
2. {????
3. ????private?static?class?SingletonHolder????
4. ????{????
5. ????????public?final?static?Singleton?instance?=?new?Singleton();????
6. ????}????
7. ???
8. ????public?static?Singleton?getInstance()????
9. ????{????
10. ????????return?SingletonHolder.instance;????
11. ????}????
12. } ?

至此，本文完。提供一些鏈接For your reference:

Double-Checked Lock:?http://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking

Initialzation on Demand Holder:??http://en.wikipedia.org/wiki/Initialization_on_demand_holder_idiom

原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_75247c770100yxpb.html