单例模式的相关知识

饿汉模式

package Thread;
class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
    private Singleton(){

    }
}

public class demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton S1 =Singleton.getInstance();
        Singleton S2 =Singleton.getInstance();
        System.out.println(S1==S2);
//        Singleton S3 =new Singleton();

    }
}

所谓的单例模式,就是指一个类的对象只能创建一个,上述代码中,Singleton这个类中,有一个static修饰的对象,这个对象就是一个类对象,具有类属性,由于类对象只有一个,也就是说,每个类的类对象是单例的,所以,类对象 的属性(static),也就是单例的了,这个对象创建的时间是在Singleton第一次被JVM使用的时候.
有了这个对象后,不能允许在类外面创建对象,因此,我们就需要将类的构造方法改为private修饰,这样,只要在类外面尝试用new来创建对象,而不是调用get方法,系统就会报错.


但是,这样并不保证就一定不可以在类外面创建多个不同的对象,"反射"这个操作就可以做到,但是做这个操作需要谨慎,滥用反射,会带来极大的风险,因此,我们并不推荐使用这个方法.

懒汉模式

package Thread;
class Singletonlazy{
    private static Singletonlazy instance = null;
    public static Singletonlazy getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new Singletonlazy();
        }
        return instance;
    }
    private Singletonlazy(){

    }
}
public class demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singletonlazy S1 = Singletonlazy.getInstance();
        Singletonlazy S2 = Singletonlazy.getInstance();
        System.out.println(S1==S2);
    }
}

懒汉模式与饿汉模式最主要的区别就是,类对象创建的时间不同,懒汉模式并不是Singletonlazy类在第一次被加载的时候创建的,而是在get方法第一次被调用的时候才会创建

线程安全问题

饿汉模式的get方法

懒汉模式的get方法

从上述代码中可以看出,饿汉模式下的get方法只涉及到读取操作,并没有进行对变量的修改,而懒汉模式下的get方法,涉及对对象引用的修改,而且是存在if的判断条件,说明该修改操作不是一个原子级别的,综上所述,懒汉模式存在严重的线程安全问题,会导致出现两个线程都new出一个新的对象的情况,虽然系统最后会对后面new出来的对象进行清除,但是,创建两个对象所花费的资源和时间确是巨大的损失,所以,为了避免这样的损失,我们需要对该方法进行加锁

加锁

为了解决懒汉模式下的线程安全问题,我们尝试对get方法的修改操作进行加锁,注意,这里进行加锁的范围需要包含if的条件判断和修改的具体操作,需要将这两个步骤所在一起,才能解决线程安全问题
但是我们也需要注意,加锁也不能滥用,因为加锁也是很消耗资源和时间,能不加锁的情况就不要加锁,否则,会对代码的运行效率造成极大的影响
就比如这里我们锁需要加锁的代码,只有第一次调用的时候,才会对对象的引用进行修改,后续再次调用该方法的时候,也只是如饿汉模式下的方法一样,只是进行读操作,所以,我们要求,在加锁的时候,我们也要做到,只有在第一次具有线程安全问题的情况下,我们才进行加锁,其余情况下,就避免加锁带来 的额外的负担,那我们需要怎么做呢
再加一个if判断

先判断是否需要加锁,再判断是否真的需要加锁
第一个if是为了判断是否需要加锁,第二个if是判断是否需要创建新的对象
因为这里是多线程,在加锁的时候,可能涉及到阻塞的情况,阻塞时间的长短我们也不知道,因此,可能存在由于两个if之间的时间相隔过久,在这段时间里,可能会有其他线程将对象给修改掉的情况
但是这里的第二个线程一定能读取到第一个线程修改的值吗,这里就涉及到之前章节讲到的内存可见性

内存可见性

为了避免编译器优化导致的系统bug,我们需要给instance这个变量加上一个volatile,来确保代码的准确性

指令重排序

这里除了可能会有内存可见性的问题之外,也可能会有指令重排序导致的问题出现,什么是指令重排序呢,举个例子
假如我们完成一个工作的步骤是123,经过编译器优化之后,步骤就变为了132,甚至321.这样的优化的好处和内存可见性的优化一样,都可以大幅度提高程序运行的效率,但是这如果只是在单线程的情况下还好,但是在多线程的情况下了,就有很大可能会引发线程安全问题,再举个例子
我们想要new一个instance对象出来,需要分为三个步骤
1.创建出内存空间,得到内存地址
2.再空间上调用构造方法,对对象进行初始化
3.把内存地址幅值给Instance引用
如果是单线程的情况下,23可以互调,不会有太大的影响
但是如果发生在多线程的情况下,此时还没来得及给instance初始化,就调度给其他线程了,第二个线程在执行的时候,判定instance!=null,于是就把instance给返回出去了,并且后续可能还会涉及掉用instance中的方法,而instance 现在只是一具空壳,并没有被初始化,这就可能会造成严重的问题
那么我们怎么解决这个问题呢,这里我们也可以利用volatile来解决问题.
给instance加上volatile之后,就不会产生指令重排序了