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单例模式与线程安全问题浅析



           近期看到到Struts1与Struts2的比較。说Struts1的控制器是单例的,线程不安全的;Struts2的多例的,不存在线程不安全的问题。之后又想到了之前自己用过的HttpHandler。。。

这些类。好像单例的线程安全问题确实是随处可见的。

可是仅仅是知道这个是不安全的,也没有认真分析过技术分享。接下来就细致分析下。


一,改动单例模式代码


      首先我先写一段单例类的代码:

        

/**
 * @ClassName: Sigleton
 * @Description: 单例类
 * @author 水田
 * @date 2015年12月19日 上午10:12:55
 */
public class Sigleton {
    private static Sigleton sigleton;
    private Sigleton() {
	// put the initMethod for this class
    };
    public static Sigleton getInstance() {
	// in this demo ,we use "Lazy-load Singleton"
	if (sigleton == null) {
	    sigleton = new Sigleton();
	}
	return sigleton;
    }
}

   这里我使用的是延迟载入,不管是使用延迟载入还是以下的饿汉式:


public class Sigleton {
    private static final Sigleton sigleton=new Sigleton();
    private Sigleton() {
	// put the initMethod for this class
    };
    public static Sigleton getInstance() {
	return sigleton;
    }
}


       这两种情况使用哪一种。要依据实际情况来推断:究竟我是要在此类还没有使用之前进行初始化。还是要在用到它去拿它的时候才初始化。还要看你的实际应用场景。比方说,我这个类超级大,这时候,你部署好了之后。就把它New了。然后放在内存中,十年八年的没人用。这不是浪费么?(情况举的比較极端,就是这个意思吧。只是你要是硬要跟我说。内存啥的越来越不值钱。或者爷有的是钱买内存。我也没办法!

仅仅能送你句,怪不得你没有女朋友!


      细致分析这两种方法,然后看看哪里存在线程不安全的因素。


      先来瞅瞅第一种,lazy-load方式:


      在调用getInstance的时候。先推断,是不是已经被New过了。假设没,那么我new,完了之后返回。想象下,多线程。当在一个线程内。运行到if (sigleton == null),还有一个线程内,好巧啊。也运行到这里。

然后两个线程同一时候推断发现还没这个东西,然后各自new一个。

破坏了我的单实例的原则。


     相比另外一种直接new的方式。这样的方法显然是不安全的。可是,假设我要用到这样的lazy-load方式,就要对它进行改进了。

   

     简单改进:

       

  public static synchronized Sigleton getInstance()

     加个keyword。

     可是这样的方法还是不好,产生问题的仅仅有sigleton = new Sigleton();如今我锁定了整个方法。有点儿多余了。再改下:

  

 public final Sigleton getInstance() {
	// in this demo ,we use "Lazy-load Singleton"
	if (sigleton == null) {
	    synchronized (this) {
		sigleton = new Sigleton();
	    }
	}
	return sigleton;
    }

      然后改完了之后。我们再从逻辑上看下是不是有漏洞:


      还是刚才的问题。俩线程,同一时候运行到if判空的时候,第一个线程由于调度原因,进入同步方法,运行了new操作,第二个线程判空完了之后,进不去,还等在同步方法外面。第一个线程出了同步方法,第二个线程进入了同步方法,又new了一个对象。。

。貌似确实有逻辑楼栋,再改下:

  

 public final Sigleton getInstance() {
	// in this demo ,we use "Lazy-load Singleton"
	if (sigleton == null) {
	    synchronized (this) {
		if (sigleton == null){
		sigleton = new Sigleton();
		}
	    }
	}
	return sigleton;
    }

    当第二个线程进入同步方法之后,要不要新new一个对象,还要推断下。



二,After双重检查


    上面的写法一方面实现了Lazy-Load,还有一个方面也做到了并发度非常好的线程安全,一切看上非常完美。

 
    可是二次检查自身会存在比較隐蔽的问题,查了Peter Haggar在DeveloperWorks上的一篇文章,对二次检查的解释非常的具体: 


          “双重检查锁定背后的理论是完美的。不幸地是,现实全然不同。

双重检查锁定的问题是:并不能保证它会在单处理器或多处理器计算机上顺利运行。双重检查锁定失败的问题并不归咎于 JVM 中的实现 bug,而是归咎于 Java 平台内存模型。内存模型同意所谓的“无序写入”。这也是这些习语失败的一个主要原因。” 


    使用二次检查的方法也不是全然安全的,原因是 java 平台内存模型中同意所谓的“无序写入”会导致二次检查失败,所以使用二次检查的想法也行不通了。 

    Peter Haggar在最后提出这样的观点:“不管以何种形式。都不应使用双重检查锁定,由于您不能保证它在不论什么 JVM 实现上都能顺利运行。” 

    问题在哪里? 

    假设线程A运行到了推断对象为空,于是线程A运行去初始化这个对象,但初始化是须要耗费时间的,可是这个对象的地址事实上已经存在了。

此时线程B也运行到了推断不为空。于是直接跳到后面去得到了这个对象。可是,这个对象还没有被完整的初始化。得到一个没有初始化全然的对象有什么用。! 


    关于这个Double-Checked Lock的讨论有非常多。眼下公认这是一个Anti-Pattern,不推荐使用! 

                                                                                                                                           (from 网友)


三。怎样安全+单例使用


         首先说明下。饿汉模式是线程安全的。可是在某些情况下。比方,我们不得不使用lazy-load方式,能够考虑以下方法:

         1。使用volatilekeyword

  private volatile static Sigleton sigleton;
             

        有些人觉得使用 volatile 的原因是可见性。也就是能够保证线程在本地不会存有instance 的副本,每次都是去主内存中读取。

但事实上是不正确的。使用 volatile 的主要原因是其还有一个特性:禁止指令重排序优化。也就是说。在volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障(生成的汇编代码上)。读操作不会被重排序到内存屏障之前。从「先行发生原则」的角度理解的话,就是对于一个 volatile变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作(这里的“后面”是时间上的先后顺序)。

 

         可是特别注意在 Java 5 曾经的版本号使用了volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 曾经的 JMM (Java 内存模型)是存在缺陷的,即时将变量声明成 volatile也不能全然避免重排序。主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5中才得以修复,所以在这之后才干够放心使用 volatile。


   2Initialization on Demand Holder

           
public class Sigleton {
    private static class SigletonHolder {
	private static final Sigleton INSTANCE = new Sigleton();
    }

    private Sigleton() {
    };

    public static final Sigleton getInstance() {
	return SigletonHolder.INSTANCE;
    }
}

    
      在使用sigleton时候。SigletonHolder会被初始化。可是里面的INSTANCE却不会,仅仅有当我们调用getInstance方法的时候。才会去new。

既没有高大上的keyword,逻辑上也好理解。




    细致分析。感觉还是蛮多问题的~







        

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