多執行緒中單例模式的優化

• 2020 年 1 月 21 日
• 筆記

單例模式

在編程中，單例模式是我們常用的一種設計模式，功能是保證在整個系統只用一個該對象的對象，具體程式碼如下：

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

上面的程式碼我們知道並不是執行緒安全的，在多執行緒環境下，容易造成創建多個對象。 測試程式碼如下：

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

運行結果如下：

創建對象  創建對象  創建對象  創建對象  創建對象  創建對象  創建對象

解決方案

對於上面的問題解決的方法有很多，比如使用加鎖的方式，double檢測的方式，為了驗證最有方案我們把程式碼修改下：

public class Singleton {  	private   static Singleton singleton;    	private Singleton() {  		try {  			Thread.sleep(10);//增加創建對象的耗時  		} catch (Exception e) {    		}  	}    	public static Singleton getInstance() {  		synchronized (Singleton.class) {  			if (singleton == null) {  				singleton = new Singleton();  				return singleton;  			}  		}  		return singleton;  	}  }

測試程式碼：

@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("運行耗時："+(end-start));  	}

方案一:使用synchronized 關鍵字

public static Singleton getInstance() {  		synchronized (Singleton.class){  			if (singleton == null) {  				System.out.println("創建對象");  				singleton = new Singleton();  			}  		}  		return singleton;  	}

經過多次測試時間維持在410ms左右，下面是一次測試結果

運行耗時：410

這個雖然成功的保證了只有一個對象，但同樣也會把其他的執行緒阻塞在創建的鎖的前面，造成了性能上面的開銷，如果創建一個對象的時間比較長，這個性能的開銷是相當可觀的。

方案二：double驗證

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

運行耗時：380

上面的程式碼雖然聰明的避開的過多執行緒等待的原因，但是徹底消除執行緒排隊的現象，因為創建對象分需要耗時，這樣就給其他執行緒提供了「可乘之機」

方案三：使用volatile共享變數 (最優方案)

共享變數是執行緒間同步的「輕量級鎖」，徹底消除執行緒排隊的現象，此處用於單例模式的設計，能夠實現最小性能的開銷：

private volatile static Singleton singleton;

運行耗時：280