今天介紹一下 單例模式(Singleton)

應用場景：配置管理類、數據庫連接池、線程池

實現方式：雙重檢查鎖定、靜態內部類、枚舉

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

在雙重檢查鎖定(Double-Checked Locking)的單例模式實現中，如果缺少volatile關鍵字，可能會導致線程安全問題，具體表現為可能獲取到未完全初始化的單例對象。這是由Java內存模型(JMM)的特性決定的。

沒有volatile時的問題

1. 指令重排序問題：

   • 對象初始化instance = new ConfigManager()不是一個原子操作，它包含三個步驟：
     1. 分配內存空間
     2. 初始化對象
     3. 將引用指向內存地址
   • 編譯器/處理器可能會進行指令重排序，導致步驟2和步驟3順序顛倒
   • 這樣其他線程可能看到一個不為null但未完全初始化的對象

2. 可見性問題：

   • 沒有volatile修飾，一個線程對instance的修改可能不會立即對其他線程可見
   • 可能導致多個線程都認為instance為null，進而創建多個實例

具體場景分析

假設沒有volatile：

// 線程A第一次調用getInstance()
if (instance == null) { // 第一次檢查synchronized (ConfigManager.class) {if (instance == null) { // 第二次檢查instance = new ConfigManager(); // 可能發生重排序}}
}
// 線程B此時調用getInstance()
// 可能看到instance不為null，但對象尚未完全初始化

為什么volatile能解決這個問題

1. 禁止指令重排序：

   • volatile通過內存屏障(Memory Barrier)禁止JVM和處理器對相關指令進行重排序
   • 確保對象的初始化在引用賦值之前完成

2. 保證可見性：

   • 對volatile變量的寫操作會立即刷新到主內存
   • 對volatile變量的讀操作會從主內存讀取最新值

其他解決方案

1. 靜態內部類方式（推薦）：

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

   • 利用類加載機制保證線程安全
   • 延遲加載(Lazy Initialization)

2. 枚舉方式（最安全）：

   public enum ConfigManager {INSTANCE;// 其他方法
   }
   

   • 防止反射攻擊
   • 自動處理序列化問題

在實際項目中，靜態內部類方式是最常用的單例實現方式，既保證了線程安全又實現了延遲加載。