DCL单例模式中的缺陷及单例模式的其他实现

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DCL单例模式中的缺陷及单例模式的其他实现

DCL:Double Check Lock ,意为双重检查锁。在单例模式中懒汉式中可以使用DCL来保证程序执行的效率。

1 public class SingletonDemo {
2     private static SingletonDemo singletonDemo = null;
3     private SingletonDemo(){
4     }
5
6     public SingletonDemo getSingletonDemo(){
7         if(singletonDemo == null){
8             synchronized (SingletonDemo.class){
9                 if(singletonDemo == null){
10                     singletonDemo = new SingletonDemo();
11                 }
12             }
13         }
14         return singletonDemo;
15     }
16 }

上面是传统的DCL单例模式一种实现,第一个非空判断是为了避免实例属性已经实例化赋值后,后面的线程依然进入 synchronized 修饰的代码块,进行加锁、解锁,造成效率低下;第二个非空判断是为了避免实例属性已经赋值后,等待队列中的线程重复执行对象创建与赋值。而DCL可以保证多线程下只会进行一次对象初始化。但是这样的代码还是会有缺陷。

缺陷

指令集

让我们单独写一个对象创建方法,看一下这个操作对应的指令集是什么

public void aa(){
singletonDemo = new SingletonDemo();
}

先对这个类进行编译,然后使用idea 的 jclasslib插件对这个类进行查看,指令集如下:

指令分别是 new 、dup、invokespecial、putstatic,最后return返回,这里dup是复制操作,也就是对栈顶的元素复制一份,这里可以忽略不看。所以关键的指令是三个,1、new(实例化,对对象进行声明,分配地址),2、invokespecial(初始化,调用构造方法,进行属性赋值),3、putstatic(将这个对象赋值给属性singletonDemo)。

指令重排

单线程下存在着指令重排,什么是指令重排,比如说代码 x=1; y=1; x++; y++; y=x+y; JVM在加载时可能先加载到 y,那么它不会再去等待x加载,直接去执行 y++  ,这样就提高了运算效率,这种代码冲排序就是指令重排。但同时指令重排也不是随意的重排,它会遵守数据依赖性,比如虽然先加载了y,执行了 y++ ,也加载了 x,但是并不会接着去执行 y=x+y;因为右边操作的y 在前面的 y++修改了值,所以产生了对y++数据依赖,JVM并不会允许这样的指令重排(其实这个例子里的x++,y++指令会划分为三步,这里只需要知道表达的意思就可以了)。但是在多线程下数据依赖性就不能保证线程安全问题了。

回到前面的对象创建的指令集,2和3因为不存在数据依赖所以可能发生指令重排,所以在多线程下,可能线程1在执行new指令后直接执行指令3,线程2就执行到第7行第一个非空判断了,此时因为对象地址分配了,所以判断是非空,直接return,但是此时还没有执行初始化指令,所以该对象只是分配了空间还没有创建完对象,导致这个方法还是返回了一个null值(这个null值表示的是该位置的对象实际是获取不到的但是判断是非空的)。

解决

volatile 关键字可以禁止指令重排和保证可见性,但是由于不能保证原子性,所以在这里还是需要配合 synchronized 来使用。关于volatile在多线程基础里面说到了,所以这里最终的代码是:

1 public class SingletonDemo {
2     private volatile static SingletonDemo singletonDemo = null;
3     private SingletonDemo(){
4     }
5
6     public SingletonDemo getSingletonDemo(){
7         if(singletonDemo == null){
8             synchronized (SingletonDemo.class){
9                 if(singletonDemo == null){
10                     singletonDemo = new SingletonDemo();
11                 }
12             }
13         }
14         return singletonDemo;
15     }
16 }

补充

单例模式的其他实现:

饿汉式

由于饿汉式是类加载时就会将对象实例创建赋值完成,所以在多线程下也是安全的,所以它的优点是不存在线程安全问题,缺点是没有延迟加载的优势,比如这个单例模式对象是一开始就加载好的,但是整个程序执行过程中过了很久才用上,那么从类被加载时就创建在堆中,一直到被用上,在堆中是一直占用空间的,如果存在多个饿汉式的单例类,就无形提高了GC发生的次数。降低程序的性能。

1、直接实例化饿汉式

public class Singleton1 {
private static final Singleton1 INSTANCE=new Singleton1();
private Singleton1() {
}
public static Singleton1 getSingleton() {
return INSTANCE;
}
}

特点:简单直接

2、枚举式饿汉式

public enum Singleton12 {
INSTANCE;
public void aa() {            //要调用的方法
}
}

特点:最简洁

3、静态代码块饿汉式

public class Singleton13 {
private static final Singleton13 INSTANCE;
static {
INSTANCE=new Singleton13();
}
public static Singleton13 getSingleton() {
return INSTANCE;
}
}

特点:可以在类初始化时增加其他操作

懒汉式

懒汉式单例模式就是直到调用方法去获取对象时才会创建对象,会有线程安全问题,所以更为复杂,但是因为是延迟加载,所以会有延迟加载的优势。

1、DCL懒汉式

代码如上。

2、静态内部类懒汉式

public class Singleton22 {
private Singleton22() {
}
private static class Inner{
private static final Singleton22 INSTANCE=new Singleton22();
}
public static Singleton22 getInstance() {
return Inner.INSTANCE;
}
}

相比于DCL懒汉式更加简单,同时也没有加锁解锁操作,更加高效。

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