java单例模式的线程安全 JAVA多线程编程中的双重检查锁定（DCL单例（Double Check Lock））

一、饿汉模式单例（本身及时线程安全的）

• 饿汉式
• 类加载到内存后，就实例化一个单例，JVM保证线程安全
• 简单实用，推荐使用！
• 唯一缺点：不管用到与否，类装载时就完成实例化

/**
 * @program: algorithm
 * @description: 饿汉式
 * 类加载到内存后，就实例化一个单例，JVM保证线程安全
 * 简单实用，推荐使用！
 * 唯一缺点：不管用到与否，类装载时就完成实例化
 * @author: wuyuanshn
 * @create: 2023-04-07 16:24
 **/
public class Mgr01 {
    private static final Mgr01 INSTANCE = new Mgr01();

    private Mgr01() {
    }

    public static Mgr01 getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Mgr01 m1 = Mgr01.getInstance();
        Mgr01 m2 = Mgr01.getInstance();
        System.out.println(m1 == m2);
    }

二、懒汉模式单例

1.懒汉模式第一版，用INSTANCE == null判断是否初始化（非线程安全）

• 懒汉模式
• 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题

/**
 * @program: algorithm
 * @description: lazy loading
 * 懒汉模式
 * 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
 * @author: wuyuanshn
 * @create: 2023-04-07 16:24
 **/
public class Mgr03 {
    private static Mgr03 INSTANCE;

    private Mgr03() {
    }

    public static Mgr03 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            INSTANCE = new Mgr03();
        }
        return INSTANCE;
    }

    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Mgr03.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

2.懒汉模式第二版,方法加synchronized锁（线程安全，但是效率太慢）

• 懒汉模式
• 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
• 可以通过synchronized解决，但也带来效率下降

/**
 * @program: algorithm
 * @description: lazy loading
 * 懒汉模式
 * 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
 * 可以通过synchronized解决，但也带来效率下降
 * @author: wuyuanshn
 * @create: 2023-04-07 16:24
 **/
public class Mgr04 {
    private static Mgr04 INSTANCE;

    private Mgr04() {
    }

    public static synchronized Mgr04 getInstance() {
        //业务逻辑
        //xx
        //a
        if (INSTANCE == null) {
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            INSTANCE = new Mgr04();
        }
        return INSTANCE;
    }

    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Mgr04.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

3.懒汉模式第三版,方法中加synchronized代码块锁（线程不安全）

• 懒汉模式
• 可以通过synchronized解决，但也带来效率下降
• 妄图通过减小同步代码块的方式提高效率，然后不可行，还是存在线程安全问题
• 在INSTANCE == null和synchronized中间同时进入多个线程还是有问题

/**
 * @program: algorithm
 * @description: lazy loading
 * 也称懒汉模式
 * 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
 * 可以通过synchronized解决，但也带来效率下降
 * 妄图通过减小同步代码块的方式提高效率，然后不可行，还是存在线程安全问题 
 * 在INSTANCE == null和synchronized中间同时进入多个线程还是有问题
 * @author: wuyuanshn
 * @create: 2023-04-07 16:24
 **/
public class Mgr05 {
    private static Mgr05 INSTANCE;

    private Mgr05() {
    }

    public static Mgr05 getInstance() {
        //业务逻辑
        //xx
        //a
        if (INSTANCE == null) {
            //妄图通过减小同步代码块的方式提高效率，然后不可行
            synchronized (Mgr05.class) {
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                INSTANCE = new Mgr05();
            }

        }
        return INSTANCE;
    }

    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Mgr05.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

4.懒汉模式第四版,DCL单例（Double Check Lock）加volatile关键字（线程安全）

• 懒汉模式
• 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
• 使用DCL单例（Double Check Lock）加volatile关键字解决线程问题

/**
 * @program: algorithm
 * @description: lazy loading
 * 懒汉模式
 * 虽然达到了按需初始化的目的，但却存在需求线程不安全的问题
 * 使用DCL单例（Double Check Lock）加volatile关键字解决线程问题
 * @author: wuyuanshn
 * @create: 2023-04-07 16:24
 **/
public class Mgr06 {
    private static /*volatile*/ Mgr06 INSTANCE;

    private Mgr06() {
    }

    public static Mgr06 getInstance() {
        //业务逻辑
        //xx
        //a
        if (INSTANCE == null) {// Double Check Lock
            //双重检查锁
            synchronized (Mgr06.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    INSTANCE = new Mgr06();
                }
            }

        }
        return INSTANCE;
    }
     /*
    NEW java/lang/Object      申请内存
    INVOKESPECIAL java/lang/Object. ()V    赋值
    ASTORE 1    关联对象Object到o
         */

    public void m() {
        System.out.println("m");
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Mgr06.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

以上代码使用了双重检查锁，但是还是存在线程安全问题，因为可能会出现代码指令重排序。重排序其实出现在字节码层级。在字节码层级Object o=new Object();
是多条执行令如下：
代码

public class TMain {
    public static void main(String[] args) {
        Object o=new Object();
    }
}

字节码解释
NEW java/lang/Object 申请内存
INVOKESPECIAL java/lang/Object. ()V 赋值
ASTORE 1 关联对象Object到o

如果赋值和关联语句发生了代码重排序 ，及两句交换执行。就会出现先把对象关联到o，但是对象还没有初始化赋值。导致获取的对象异常。
解决方案是在Mgr06 INSTANCE;前加 volatile关键字【禁止指令重排序（CPU）】

volatile作用：

1.保证线程可见性
2.禁止指令重排序（CPU）