多线程中单例模式的优化

• 2020 年 1 月 21 日
• 筆記

单例模式

在编程中，单例模式是我们常用的一种设计模式，功能是保证在整个系统只用一个该对象的对象，具体代码如下：

public class Singleton {  	private static Singleton singleton;    	private Singleton() {  	}    	public static Singleton getInstance() {  		if (singleton == null) {  			singleton = new Singleton();  			return singleton;  		}  		return singleton;  	}  }

上面的代码我们知道并不是线程安全的，在多线程环境下，容易造成创建多个对象。 测试代码如下：

	@Test  	public void testSingleton() throws InterruptedException {  		for (int i=0;i<10;i++){  			new Thread(()->{  				Singleton.getInstance();  			}).start();  		}  		Thread.currentThread().join();  	}

运行结果如下：

创建对象  创建对象  创建对象  创建对象  创建对象  创建对象  创建对象

解决方案

对于上面的问题解决的方法有很多，比如使用加锁的方式，double检测的方式，为了验证最有方案我们把代码修改下：

public class Singleton {  	private   static Singleton singleton;    	private Singleton() {  		try {  			Thread.sleep(10);//增加创建对象的耗时  		} catch (Exception e) {    		}  	}    	public static Singleton getInstance() {  		synchronized (Singleton.class) {  			if (singleton == null) {  				singleton = new Singleton();  				return singleton;  			}  		}  		return singleton;  	}  }

测试代码：

@Test  	public void testSingleton() throws InterruptedException {  		long start=System.currentTimeMillis();  		List<Thread> threadList = new ArrayList<>();  		for (int i = 0; i < 1000; i++) {  			Thread thread = new Thread(() -> {  				Singleton.getInstance();  			});  			threadList.add(thread);  			thread.start();  		}  		for (Thread t : threadList) {  			t.join();  		}  		long end=System.currentTimeMillis();  		System.out.println("运行耗时："+(end-start));  	}

方案一:使用synchronized 关键字

public static Singleton getInstance() {  		synchronized (Singleton.class){  			if (singleton == null) {  				System.out.println("创建对象");  				singleton = new Singleton();  			}  		}  		return singleton;  	}

经过多次测试时间维持在410ms左右，下面是一次测试结果

运行耗时：410

这个虽然成功的保证了只有一个对象，但同样也会把其他的线程阻塞在创建的锁的前面，造成了性能上面的开销，如果创建一个对象的时间比较长，这个性能的开销是相当可观的。

方案二：double验证

	public static Singleton getInstance() {  		if (singleton == null) {  			synchronized (Singleton.class) {  				if (singleton == null) {  					singleton = new Singleton();  					return singleton;  				}  			}  		}  		return singleton;  	}

运行耗时：380

上面的代码虽然聪明的避开的过多线程等待的原因，但是彻底消除线程排队的现象，因为创建对象分需要耗时，这样就给其他线程提供了“可乘之机”

方案三：使用volatile共享变量 (最优方案)

共享变量是线程间同步的“轻量级锁”，彻底消除线程排队的现象，此处用于单例模式的设计，能够实现最小性能的开销：

private volatile static Singleton singleton;

运行耗时：280