文章目錄

• 腦圖
• 概述
• 安全發(fā)布對象的4種方式
• 示例
• • 懶漢模式（線程不安全）
  • 餓漢模式 靜態(tài)域（線程安全）
  • 改造線程不安全的懶漢模式方式一 靜態(tài)方法使用synchronized修飾 （線程安全）
  • 改造線程不安全的懶漢模式方式二雙重檢查機制(線程不安全)
  • 改造線程不安全的懶漢模式方式二雙重檢查機制優(yōu)化-volatile + 雙重檢測機制 （線程安全）
  • 餓漢模式的第二種寫法 靜態(tài)代碼塊 （線程安全）
  • 餓漢模式的第三種寫法 靜態(tài)內(nèi)部類 （線程安全）
  • 小結(jié)
• 枚舉模式 推薦 （ 線程安全，防止反射構(gòu)建）
• 代碼

腦圖

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概述

上篇文章并發(fā)編程-08安全發(fā)布對象之發(fā)布與逸出中簡單的描述了下對象發(fā)布和逸出的概念，并通過demo演示了不安全發(fā)布對象對象逸出（this引用逸出）。 那該如何安全的發(fā)布對象呢？

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安全發(fā)布對象的4種方式

• 在靜態(tài)初始化函數(shù)中初始化一個對象的引用

• 將對象的引用保存到volatile類型域或者AtomicReference對象中

• 將對象的引用保存到某個正確構(gòu)造對象的final類型域中

• 將對象的引用保存到一個由鎖保護的域中

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示例

上面所提到的幾種方法都可以應(yīng)用到單例模式中，我們將以單例模式為例，介紹如何安全發(fā)布對象，以及單例實現(xiàn)的一些注意事項。

以前寫的一篇文章： 單例模式

懶漢模式（線程不安全）

package com.artisan.example.singleton;import com.artisan.anno.NotThreadSafe;/*** 懶漢模式 單例的實例在第一次調(diào)用的時候創(chuàng)建* * 單線程下沒問題，多線程下getInstance方法線程不安全* * @author yangshangwei**/ @NotThreadSafe public class SingletonLazyModel {// 私有構(gòu)造函數(shù)// 如果要保證一個類只能被初始化一次，首先要保證的是構(gòu)造函數(shù)是私有的，不允許外部類直接調(diào)用new方法private SingletonLazyModel() {// 可以初始化一些資源等}// static單例對象private static SingletonLazyModel instance = null;// 靜態(tài)工廠方法 // public方法外部通過getInstance獲取public static SingletonLazyModel getInstance() {// 多線程情況下，假設(shè)線程A和線程B同時獲取到instance為null, 這時候instance會被初始化兩次if (instance == null) {instance = new SingletonLazyModel();}return instance;}}

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餓漢模式 靜態(tài)域（線程安全）

package com.artisan.example.singleton;import com.artisan.anno.ThreadSafe;/*** 餓漢模式 單例的實例在類裝載的時候進行創(chuàng)建* * 因為是在類裝載的時候進行創(chuàng)建，可以確保線程安全* * * 餓漢模式需要注意的地方： 1.私有構(gòu)造函數(shù)中不要有太多的邏輯，否則初始化會慢 2.確保初始化的對象能夠被使用，否則造成資源浪費* * @author yangshangwei**/ @ThreadSafe public class SingletonHungerModel {// 私有構(gòu)造函數(shù)// 如果要保證一個類只能被初始化一次，首先要保證的是構(gòu)造函數(shù)是私有的，不允許外部類直接調(diào)用new方法private SingletonHungerModel() {// 可以初始化一些資源等}// static單例對象 靜態(tài)域private static SingletonHungerModel instance = new SingletonHungerModel();// public方法外部通過getInstance獲取public static SingletonHungerModel getInstance() {// 直接返回實例化后的對象return instance;}}

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改造線程不安全的懶漢模式方式一 靜態(tài)方法使用synchronized修飾 （線程安全）

僅需要將靜態(tài)的 getInstance方法使用synchronized修飾即可，但是缺點也很明顯，線程阻塞，效率較低

synchronized修飾靜態(tài)方法的作用域及demo見 并發(fā)編程-05線程安全性之原子性【鎖之synchronized】

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改造線程不安全的懶漢模式方式二雙重檢查機制(線程不安全)

改造線程不安全的懶漢模式方式一 靜態(tài)方法使用synchronized修飾的缺點既然都清楚了，為了提高效率，那就把synchronized下沉到方法中的實現(xiàn)里吧

package com.artisan.example.singleton;import com.artisan.anno.NotThreadSafe;/*** 懶漢模式 單例的實例在第一次調(diào)用的時候創(chuàng)建* * 對static getInstance方法 進行 雙重檢測* * @author yangshangwei**/ @NotThreadSafe public class SingletonLazyModelOptimize2 {// 私有構(gòu)造函數(shù)// 如果要保證一個類只能被初始化一次，首先要保證的是構(gòu)造函數(shù)是私有的，不允許外部類直接調(diào)用new方法private SingletonLazyModelOptimize2() {// 可以初始化一些資源等}// static單例對象private static SingletonLazyModelOptimize2 instance = null;// 靜態(tài)工廠方法// public方法外部通過getInstance獲取public static SingletonLazyModelOptimize2 getInstance() {// 多線程情況下，假設(shè)線程A和線程B同時獲取到instance為null, 這時候instance會被初始化兩次，所以在判斷中加入synchronizedif (instance == null) {// synchronize修飾類 ，修飾范圍是synchronized括號括起來的部分，作用于所有對象synchronized(SingletonLazyModelOptimize2.class) {if (instance == null) {instance = new SingletonLazyModelOptimize2();}}}return instance;}}

先說下結(jié)論： 上述代碼是線程不安全的，可能會返回一個未被實例化的instance,導(dǎo)致錯誤。

這個就要從cpu的指令說起了。

問題主要出在實例化這一步

instance = new SingletonLazyModelOptimize2()

這個實例化的操作，對應(yīng)底層3個步驟

memory = allocate() // 分配對象的內(nèi)存空間

ctorInstance() // 初始化對象

instance = memory // 設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存

對于單線程，肯定是沒有問題的。但是對于多線程，CPU為了執(zhí)行效率，可能會發(fā)生指令重排序。

經(jīng)過JVM和CPU的優(yōu)化，因為第2步和第2步本質(zhì)上沒有先后關(guān)系，指令可能會重排成下面的順序 1—>3—>2：

• 1.memory = allocate() // 分配對象的內(nèi)存空間
• 3.instance = memory // 設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存
• 2.ctorInstance() // 初始化對象

假設(shè)按照這個指令順序執(zhí)行的話，那么當線程A執(zhí)行完1和3時，instance對象還未完成初始化，但已經(jīng)不再指向null。此時如果線程B搶占到CPU資源，執(zhí)行 if (instance == null)的結(jié)果會是false，從而返回一個沒有初始化完成的instance對象

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改造線程不安全的懶漢模式方式二雙重檢查機制優(yōu)化-volatile + 雙重檢測機制 （線程安全）

經(jīng)過volatile的修飾，保證變量的可見性，當線程A執(zhí)行instance = new SingletonLazyModelOptimize3的時候，JVM執(zhí)行順序會始終保證是下面的順序：

• 1.memory = allocate() // 分配對象的內(nèi)存空間
• 2.ctorInstance() // 初始化對象
• 3.instance = memory // 設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存

這樣的話線程B看來，instance對象的引用要么指向null，要么指向一個初始化完畢的Instance，而不會出現(xiàn)某個中間態(tài)，保證了線程安全。

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餓漢模式的第二種寫法 靜態(tài)代碼塊 （線程安全）

見注釋

package com.artisan.example.singleton;import com.artisan.anno.ThreadSafe;/*** 餓漢模式 單例的實例在類裝載的時候進行創(chuàng)建* * 因為是在類裝載的時候進行創(chuàng)建，可以確保線程安全* * * 餓漢模式需要注意的地方： 1.私有構(gòu)造函數(shù)中不要有太多的邏輯，否則初始化會慢 2.確保初始化的對象能夠被使用，否則造成資源浪費* * @author yangshangwei**/ @ThreadSafe public class SingletonHungerModel2 {// 私有構(gòu)造函數(shù)// 如果要保證一個類只能被初始化一次，首先要保證的是構(gòu)造函數(shù)是私有的，不允許外部類直接調(diào)用new方法private SingletonHungerModel2() {// 可以初始化一些資源等}// 注意： static的順序不要寫反了，否則會拋空指針。 static的加載順序是按順序執(zhí)行// static單例對象 靜態(tài)域private static SingletonHungerModel2 instance = null;// 靜態(tài)塊static {instance = new SingletonHungerModel2();}// public方法外部通過getInstance獲取public static SingletonHungerModel2 getInstance() {// 直接返回實例化后的對象return instance;}}

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餓漢模式的第三種寫法 靜態(tài)內(nèi)部類 （線程安全）

package com.artisan.example.singleton;import com.artisan.anno.ThreadSafe;/*** 餓漢模式 單例的實例在類裝載的時候進行創(chuàng)建* * 使用靜態(tài)內(nèi)部類實現(xiàn)的單例模式-線程安全* * * 餓漢模式需要注意的地方： 1.私有構(gòu)造函數(shù)中不要有太多的邏輯，否則初始化會慢 2.確保初始化的對象能夠被使用，否則造成資源浪費* * @author yangshangwei**/ @ThreadSafe public class SingletonHungerModel3 {// 私有構(gòu)造函數(shù)// 如果要保證一個類只能被初始化一次，首先要保證的是構(gòu)造函數(shù)是私有的，不允許外部類直接調(diào)用new方法private SingletonHungerModel3() {// 可以初始化一些資源等}// 靜態(tài)工廠方法-獲取實例public static SingletonHungerModel3 getInstance() {// 直接返回實例化后的對象return InstanceHolder.INSTANCE;}// 用靜態(tài)內(nèi)部類創(chuàng)建單例對象 private 修飾private static class InstanceHolder {private static final SingletonHungerModel3 INSTANCE = new SingletonHungerModel3();}}

注意事項

• 從外部無法訪問靜態(tài)內(nèi)部類InstanceHolder （private修飾的），只有當調(diào)用Singleton.getInstance方法的時候，才能得到單例對象instance。
• instance對象初始化的時機并不是在單例類Singleton被加載的時候，而是在調(diào)用getInstance方法，使得靜態(tài)內(nèi)部類InstanceHolder 被加載的時候。因此這種實現(xiàn)方式是利用classloader的加載機制來實現(xiàn)懶加載，并保證構(gòu)建單例的線程安全。

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小結(jié)

小結(jié)： 以上所提到的單例實現(xiàn)方式并不能算是完全安全的，這里的安全不僅指線程安全還有發(fā)布對象的安全。因為以上例子所實現(xiàn)的單例模式，我們都可以通過反射機制去獲取私有構(gòu)造器更改其訪問級別從而實例化多個不同的對象。

那么如何防止利用反射構(gòu)建對象呢？這時我們就需要使用到內(nèi)部枚舉類了，因為JVM可以阻止反射獲取枚舉類的私有構(gòu)造方法。

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枚舉模式 推薦 （ 線程安全，防止反射構(gòu)建）

package com.artisan.example.singleton;import lombok.Getter;public class SingletonEum {/*** 私有構(gòu)造函數(shù)*/private SingletonEum() {}/*** 靜態(tài)工廠方法-獲取實例** @return instance*/public static SingletonEum getInstance() {return Singleton.INSTANCE.getInstance();}/*** 由枚舉類創(chuàng)建單例對象*/@Getterprivate enum Singleton {INSTANCE;/*** 單例對象*/private SingletonEum instance;/*** JVM保證這個方法絕對只調(diào)用一次*/Singleton() {instance = new SingletonEum();}}}

使用枚舉實現(xiàn)的單例模式,不但可以防止利用反射強行構(gòu)建單例對象，而且可以保證線程安全，并且可以在枚舉類對象被反序列化的時候，保證反序列的返回結(jié)果是同一對象。

上面代碼中之所以使用內(nèi)部枚舉類的原因是為了讓這個單例對象可以懶加載，相當于是結(jié)合了靜態(tài)內(nèi)部類的實現(xiàn)思想。若不使用內(nèi)部枚舉類的話，單例對象就會在枚舉類被加載的時候被構(gòu)建。

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代碼

https://github.com/yangshangwei/ConcurrencyMaster

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的并发编程-09安全发布对象+单例模式详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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