執行緒安全的單例模式

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：

public final class EagerSingleton
{
private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();
private EagerSingleton(){
}
public static EagerSingleton getSingleInstance(){
return singObj；
}
}

這種寫法就是所謂的飢餓模式，每個物件在沒有使用之前就已經初始化了。這就可能帶來潛在的效能問題：如果這個物件很大呢？沒有使用這個物件之前，就把它載入到了記憶體中去是一種巨大的浪費。針對這種情況，我們可以對以上的程式碼進行改進，使用一種新的設計思想—— 延遲載入（Lazy-load Singleton）。

public final class LazySingleton
{
private static LazySingleton singObj = null;
private LazySingleton(){
}
public static LazySingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) singObj = new LazySingleton();
return singObj；
}
}

這種寫法就是所謂的懶漢模式。它使用了延遲載入來保證物件在沒有使用之前，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：這種寫法執行緒安全嗎？回答必然是：不安全。這是因為在多個執行緒可能同時執行到第九行，判斷singObj為null，於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程式碼執行緒安全？很簡單，在那個方法前面加一個Synchronized就OK了。

public final class ThreadSafeSingleton
{
private static ThreadSafeSingleton singObj = null;
private ThreadSafeSingleton(){
}
public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) singObj = new ThreadSafeSingleton();
return singObj；
}
}

寫到這裡，面試官可能仍然會狡猾的看了你一眼，繼續刁難到：這個寫法有沒有什麼效能問題呢？答案肯定是有的！ 同步的代價必然會一定程度的使程式的併發度降低。那麼有沒有什麼方法，一方面是執行緒安全的，有可以有很高的併發度呢？我們觀察到，執行緒不安全的原因其實是在初始化物件的時候，所以，可以想辦法把同步的粒度降低，只在初始化物件的時候進行同步。這裡有必要提出一種新的設計思想—— 雙重檢查鎖（Double-Checked Lock）。

public final class DoubleCheckedSingleton
{
private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null;
private DoubleCheckedSingleton(){
}
public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) {
Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
if(null == singObj)
singObj = new DoubleCheckedSingleton();
}
}
return singObj；
}
}

這種寫法使得只有在載入新的物件進行同步，在載入完了之後，其他執行緒在第九行就可以判斷跳過鎖的的代價直接到第15行程式碼了。做到很好的併發度。

至此，上面的寫法一方面實現了Lazy-Load，另一個方面也做到了併發度很好的執行緒安全，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！！問題在哪裡？假設執行緒A執行到了第9行，它判斷物件為空，於是執行緒A執行到第12行去初始化這個物件，但初始化是需要耗費時間的，但是這個物件的地址其實已經存在了。此時執行緒B也執行到了第九行，它判斷不為空，於是直接跳到15行得到了這個物件。但是，這個物件還 沒有被完整的初始化！得到一個沒有初始化完全的物件有什麼用！！關於這個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覆，他會不會被Hold住呢？

那麼有沒有什麼更好的寫法呢？有！這裡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載入物件，在初始化這個內部類的時候，JLS(Java Language Sepcification)會保證這個類的執行緒安全。這種寫法最大的美在於，完全使用了Java虛擬機器的機制進行同步保證，沒有一個同步的關鍵字。

public class Singleton
{
private static class SingletonHolder
{
public final static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance()
{
return SingletonHolder.instance;
}
}

至此，本文完。提供一些連結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

執行緒安全的單例模式

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