java 静态内部类 线程安全问题_单例模式的七种写法, 面试题：线程安全的单例模式...
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第一種(懶漢，線程不安全)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?static?Singleton?instance;
private?Singleton?(){}
public?static?Singleton?getInstance()?{
if?(instance?==?null)?{
instance?=?new?Singleton();
}
return?instance;
}
}
這種寫法lazy loading很明顯，但是致命的是在多線程不能正常工作。
第二種(懶漢，線程安全)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?static?Singleton?instance;
private?Singleton?(){}
public?static?synchronized?Singleton?getInstance()?{
if?(instance?==?null)?{
instance?=?new?Singleton();
}
return?instance;
}
}
這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的lazy loading，但是，遺憾的是，效率很低，99%情況下不需要同步。
第三種(餓漢)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?static?Singleton?instance?=?new?Singleton();
private?Singleton?(){}
public?static?Singleton?getInstance()?{
return?instance;
}
}
這種方式基于classloder機制避免了多線程的同步問題，不過，instance在類裝載時就實例化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是調用getInstance方法，?但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態方法)導致類裝載，這時候初始化instance顯然沒有達到lazy loading的效果。
第四種(餓漢，變種)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?Singleton?instance?=?null;
static?{
instance?=?new?Singleton();
}
private?Singleton?(){}
public?static?Singleton?getInstance()?{
return?this.instance;
}
}
表面上看起來差別挺大，其實更第三種方式差不多，都是在類初始化即實例化instance。
第五種(靜態內部類)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?static?class?SingletonHolder?{
private?static?final?Singleton?INSTANCE?=?new?Singleton();
}
private?Singleton?(){}
public?static?final?Singleton?getInstance()?{
return?SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
這種方式同樣利用了classloder的機制來保證初始化instance時只有一個線程，它跟第三種和第四種方式不同的是(很細微的差別)：第三種和第四種方式是只要Singleton類被裝載了，那么instance就會被實例化(沒有達到lazy loading效果)，而這種方式是Singleton類被裝載了，instance不一定被初始化。因為SingletonHolder類沒有被主動使用，只有顯示通過調用getInstance方法時，才會顯示裝載SingletonHolder類，從而實例化instance。想象一下，如果實例化instance很消耗資源，我想讓他延遲加載，另外一方面，我不希望在Singleton類加載時就實例化，因為我不能確保Singleton類還可能在其他的地方被主動使用從而被加載，那么這個時候實例化instance顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第三和第四種方式就顯得很合理。
第六種(枚舉)：
Java代碼??public?enum?Singleton?{
INSTANCE;
public?void?whateverMethod()?{
}
}
這種方式是Effective?Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創建新的對象，可謂是很堅強的壁壘啊，不過，個人認為由于1.5中才加入enum特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，我也很少看見有人這么寫過。
第七種(雙重校驗鎖)：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?volatile?static?Singleton?singleton;
private?Singleton?(){}
public?static?Singleton?getSingleton()?{
if?(singleton?==?null)?{
synchronized?(Singleton.class)?{
if?(singleton?==?null)?{
singleton?=?new?Singleton();
}
}
}
return?singleton;
}
}
在JDK1.5之后，雙重檢查鎖定才能夠正常達到單例效果。
總結
有兩個問題需要注意：
1.如果單例由不同的類裝載器裝入，那便有可能存在多個單例類的實例。假定不是遠端存取，例如一些servlet容器對每個servlet使用完全不同的類裝載器，這樣的話如果有兩個servlet訪問一個單例類，它們就都會有各自的實例。
2.如果Singleton實現了java.io.Serializable接口，那么這個類的實例就可能被序列化和復原。不管怎樣，如果你序列化一個單例類的對象，接下來復原多個那個對象，那你就會有多個單例類的實例。
對第一個問題修復的辦法是：
Java代碼??private?static?Class?getClass(String?classname)
throws?ClassNotFoundException?{
ClassLoader?classLoader?=?Thread.currentThread().getContextClassLoader();
if(classLoader?==?null)
classLoader?=?Singleton.class.getClassLoader();
return?(classLoader.loadClass(classname));
}
}
對第二個問題修復的辦法是：
Java代碼??public?class?Singleton?implements?java.io.Serializable?{
public?static?Singleton?INSTANCE?=?new?Singleton();
protected?Singleton()?{
}
private?Object?readResolve()?{
return?INSTANCE;
}
}
對我來說，我比較喜歡第三種和第五種方式，簡單易懂，而且在JVM層實現了線程安全(如果不是多個類加載器環境)，一般的情況下，我會使用第三種方式，只有在要明確實現lazy loading效果時才會使用第五種方式，另外，如果涉及到反序列化創建對象時我會試著使用枚舉的方式來實現單例，不過，我一直會保證我的程序是線程安全的，而且我永遠不會使用第一種和第二種方式，如果有其他特殊的需求，我可能會使用第七種方式，畢竟，JDK1.5已經沒有雙重檢查鎖定的問題了。
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不過一般來說，第一種不算單例，第四種和第三種就是一種，如果算的話，第五種也可以分開寫了。所以說，一般單例都是五種寫法。懶漢，惡漢，雙重校驗鎖，枚舉和靜態內部類。
我很高興有這樣的讀者，一起共勉
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面試被問到一個線程安全的單例模式問題，想拿出來討論一下，
我通常會使用的這樣的寫法來實現單例：
Java代碼??public?class?Singleton?{
private?Singleton()?{}
private?static?Singleton?instance?=?null;
public?static?Singleton?getInstance()?{
if(instance?==?null)?{
instance?=?new?Singleton();
}
return?instance;
}
}
單例的目的是為了保證運行時Singleton類只有唯一的一個實例，最常用的地方比如拿到數據庫的連接，spring的中創建BeanFactory這些開銷比較大的操作，而這些操作都是調用他們的方法來執行某個特定的動作。
面試官的問題是：單例會帶來什么問題？
我第一反映就是如果多個線程同時調用這個實例，會有線程安全的問題，當時就這么說了，然后他問：“怎么實現一個線程安全的單例模式呢？”
這個問題我沒有回答上來，當時腦子里閃了一下如果用synchronized來鎖定可能會有一些問題，至于是什么問題沒有想明白，就選擇沒有回答。
這里請問各位高手，
1、如果不執行修改對象的操作的情況下，單單執行一個讀取操作，還有沒有進行同步的必要？
2、保證單例的線程安全使用synchronized會產生什么樣的問題？
3、不使用synchronized，有什么方式來保證線程安全？
4、假如下次再面試遇到這種情形，用什么方式回答會使面試官感到比較滿意？
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感謝大家的討論與支持，總結一下：
實際上使用什么樣的單例實現取決于不同的生產環境，懶漢式也就是我在上面舉得那個例子，這種方式適合于單線程程序，多線程情況下需要保護getInstance()方法，否則可能會產生多個Singleton對象的實例。
在此基礎上確保getInstance()方法一次只能被一個線程調用就需要在getInstance()方法之前加上?synchronized 關鍵字，鎖定整個方法，
Java代碼??public?class?Singleton{
private?static?Singleton?instance=null;
private?Singleton(){}
public?static?synchronized?Singleton?getInstance(){
if(instance==null){
instance=new?Singleton();
}
return?instance;
}
}
但很多時候我們通常會認為鎖定整個方法的是比較耗費資源的，代碼中實際會產生多線程訪問問題的只有instance = new Singleton(); 這一句，
為了降低 synchronized 塊性能方面的影響，只鎖定instance = new Singleton(); 這一句，“weishuang”回帖中使用的就是這種方式：
Java代碼??public?class?Singleton{
private?static?Singleton?instance=null;
private?Singleton(){}
public?static?Singleton?getInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
instance=new?Singleton();
}
}
return?instance;
}
}
分析這種實現方式，兩個線程可以并發地進入第一次判斷instance是否為空的if 語句內部，第一個線程執行new操作，第二個線程阻斷，當第一個線程執行完畢之后，第二個線程沒有進行判斷就直接進行new操作，所以這樣做也并不是安全的。
為了避免第二次進入synchronized塊沒有進行非空判斷的情況發生，添加第二次條件判斷，就像“tomorrow009”在帖子中回復的示例一樣
Java代碼??public?static?Singleton?getInstance(){
if(instance?==?null){
synchronize{
if(instance?==?null){
instance?=??new?Singleton();
}
}
}
return?instance;
}
這樣就產生了二次檢查，但是二次檢查自身會存在比較隱蔽的問題，查了Peter Haggar在DeveloperWorks上的一篇文章，對二次檢查的解釋非常的詳細：
其實找到這篇文章之后，我的問題基本上就已經可以解決了，但是看到回帖的同學們也有一些和我一樣的問題，還想把這個問題繼續梳理一遍。
使用二次檢查的方法也不是完全安全的，原因是?Java?平臺內存模型中允許所謂的“無序寫入”會導致二次檢查失敗，所以使用二次檢查的想法也行不通了。
Peter Haggar在最后提出這樣的觀點：“無論以何種形式，都不應使用雙重檢查鎖定，因為您不能保證它在任何 JVM 實現上都能順利運行。”
'netrice'在回復中提到了使用“java5以后的volatile關鍵字”，用volatile關鍵字來聲明變量，聲明成 volatile 的變量被認為是順序一致的，即，不是重新排序的。但是volatile關鍵字的特性并不適用于這篇帖子所討論的問題關鍵。
通過上面的分析，可以看到使用懶漢式的lazy方式實現單例彎彎繞太多，在單線程編程的情況下懶漢式單例實現是沒有任何問題的，如果在多線程的情況下，我們需要比較小心，對getInstances()方法加上synchronized關鍵字，這樣雖然可能有一些性能上的犧牲，但是更加的安全。繞了這么大的一個彎，又回來了：
Java代碼??/*?安全的方式?1?*/
public?class?Singleton{
private?static?Singleton?instance=null;
private?Singleton(){}
public?static?synchronized?Singleton?getInstance(){
if(instance==null){
instance=new?Singleton();
}
return?instance;
}
}
Peter Haggar提到的另外一種實現方式是這樣的，放棄使用 synchronized 關鍵字，而使用 static 關鍵字：
Java代碼??/*?安全的方式?2?*/
public?class?Singleton?{
private?static?Singleton?instance?=?new?Singleton();
private?Singleton()?{}
public?static?Singleton?getInstance()?{
return?instance;
}
}
這種方式沒有使用同步，并且確保了調用static getInstance()方法時才創建Singleton的引用(static 的成員變量在一個類中只有一份)。
還有“keshin”提到的方式則更加靈巧，沒有使用同步但保證了只有一個實例，還同時具有了Lazy的特性(出自Lazy Loading Singletons)
Java代碼??/*?安全的方式?3?*/
public?class?ResourceFactory?{
private?static?class?ResourceHolder?{
public?static?Resource?resource?=?new?Resource();
}
public?static?Resource?getResource()?{
return?ResourceFactory.ResourceHolder.resource;
}
static?class?Resource?{
}
}
上面的方式是值得借鑒的，在ResourceFactory中加入了一個私有靜態內部類ResourceHolder ，對外提供的接口是 getResource()方法，也就是只有在ResourceFactory .getResource()的時候，Resource對象才會被創建，
這種寫法的巧妙之處在于ResourceFactory 在使用的時候ResourceHolder 會被初始化，但是ResourceHolder 里面的resource并沒有被創建，
這里隱含了一個是static關鍵字的用法，使用static關鍵字修飾的變量只有在第一次使用的時候才會被初始化，而且一個類里面static的成員變量只會有一份，這樣就保證了無論多少個線程同時訪問，所拿到的Resource對象都是同一個。
餓漢式的實現方式雖然貌似開銷比較大，但是不會出現線程安全的問題，也是解決線程安全的單例實現的有效方式。
至于ThreadLocal，我認為還是應該由使用場景來決定。
在《Java與模式》中，作者提出：“餓漢式單例類可以在Java語言實現，但不易在C++內實現，因為靜態初始化在C++里沒有固定的順序，因而靜態的instance變量的初始化與類的加載順序沒有保證，可能會出問題。這就是為什么GoF在提出單例類的概念時，舉的例子是懶漢式的。他們的書影響之大，以致Java語言中單例類的例子也大多是懶漢式的。實際上，本書認為餓漢式單例類更符合Java語言本身的特點。”
由此可見在應用設計模式的同時，分析具體的使用場景來選擇合適的實現方式是非常必要的。
尋找問題解決過程中找的一些參考資料：
因為在精華帖中沒有找到很流暢解釋這個問題的內容才發了這個帖子，還是很不幸的被評為了新手帖，但如果下次有面試官問有關線程安全的單例模式問題，我想我知道該怎么回答了
總結
以上是生活随笔為你收集整理的java 静态内部类 线程安全问题_单例模式的七种写法, 面试题：线程安全的单例模式...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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