如何保证单例模式在多线程中的线程安全性
对大数据、分布式、高并发等知识的学习必须要有多线程的基础。这里讨论一下如何在多线程的情况下设计单例模式。在23中设计模式中单例模式是比较常见的，在非多线程的情况下写单例模式，考虑的东西会很少，但是如果将多线程和单例模式结合起来，考虑的事情就变多了，如果使用不当（特别是在生成环境中）就会造成严重的后果。所以如何使单例模式在多线程中是安全的显得尤为重要，下面介绍各个方式的优缺点以及可用性：
1.立即加载（饿汉模式）
立即加载模式就是在调用getInstance()方法前，实例就被创建了，例：
public class MyObject { // 立即加载方式 ==饿汉模式 private static MyObject myObject=new MyObject(); private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ return myObject; } }
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public class MyThread extends Thread{ public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
714682869 714682869 714682869
控制台打印出3个相同的hashCode，说明只有一个对象，这就是立即加载的单例模式。但是这种模式有一个缺点，就是不能有其他的实例变量，因为getInstance()方法没有同步，所以可能出现非线程安全问题。
2.延迟加载（懒汉模式）
延迟加载就是在getInstance()方法中创建实例，例：
public class MyObject { private static MyObject myObject; private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ // 延迟加载 if(myObject!=null){ }else{ myObject=new MyObject(); } return myObject; } }
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public class MyThread extends Thread{ public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); t1.start(); } }
控制台打印：
1701381926
控制台打印出一个实例。缺点：在多线程的环境中，就会出现取多个实例的情况，与单例模式的初衷相背离。所以在多线程的环境中，此实例代码是错误的。
3.延迟加载中使用synchronized修饰方法
public class MyObject { private static MyObject myObject; private MyObject(){ } synchronized public static MyObject getInstance(){ try { if(myObject!=null){ }else{ Thread.sleep(3000); myObject=new MyObject(); } } catch (InterruptedException e) { // TODO: handle exception e.printStackTrace(); } return myObject; } }
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public class MyThread extends Thread{ public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
1069480624 1069480624 1069480624
虽然得到了相同的实例，但是我们知道synchronized是同步的，一个线程必须等待另一个线程释放锁之后才能执行，影响了效率。
4.延迟加载中使用同步代码块，对类加锁
public class MyObject { private static MyObject myObject; private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ try { synchronized(MyObject.class){ if(myObject!=null){ }else{ Thread.sleep(3000); myObject=new MyObject(); } } } catch (InterruptedException e) { // TODO: handle exception e.printStackTrace(); } return myObject; } }
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public class MyThread extends Thread { public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
1743911840 1743911840 1743911840
此代码虽然是正确的，但getInstance()方法里的代码都是同步的了，其实也和第三种方式一样会降低效率
5.使用DCL双检查锁机制
DCL双检查锁机制即使用volatile关键字（使变量在多个线程中可见）修改对象和synchronized代码块
public class MyObject { private volatile static MyObject myObject; private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ try { if(myObject!=null){ }else{ Thread.sleep(3000); synchronized(MyObject.class){ if(myObject==null){ myObject=new MyObject(); } } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); // TODO: handle exception } return myObject; } }
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public class MyThread extends Thread { public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
798941612 798941612 798941612
使用DCL双检查锁机制，成功解决了延迟加载模式中遇到的多线程问题，实现了线程安全。其实大多数多线程结合单例模式情况下使用DCL是一种好的解决方案。
6.使用静态内置类实现单例模式
public class MyObject { // 内部类方式 private static class MyObjectHandler{ private static MyObject myObject=new MyObject(); } private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ return MyObjectHandler.myObject; } }
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public class MyThread extends Thread { public void run(){ System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
1743911840 1743911840 1743911840
使用静态内置类可以解决多线程中单例模式的非线程安全的问题，实现线程安全，但是如果对象是序列化的就无法达到效果了。
7.序列化与反序列化的单例模式
需要readResolve方法
public class MyObject implements Serializable{ private static final long serialVersionUID=888L; // 内部类 private static class MyObjectHandler{ private static final MyObject myObject=new MyObject(); } private MyObject(){ } public static MyObject getInstance(){ return MyObjectHandler.myObject; } protected Object readResolve() throws ObjectStreamException { System.out.println("调用了readResolve方法"); return MyObjectHandler.myObject; } }
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public class SaveAndRead { public static void main(String[] args) { try { MyObject myObject=MyObject.getInstance(); FileOutputStream fosRef=new FileOutputStream(new File("myObjectFile.txt")); ObjectOutputStream oosRef=new ObjectOutputStream(fosRef); oosRef.writeObject(myObject); oosRef.close(); fosRef.close(); System.out.println(myObject.hashCode()); } catch (FileNotFoundException e) { // TODO: handle exception } catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } try { FileInputStream fisRef=new FileInputStream(new File("myObjectFile.txt")); ObjectInputStream iosRef=new ObjectInputStream(fisRef); MyObject myObject=(MyObject) iosRef.readObject(); iosRef.close(); fisRef.close(); System.out.println(myObject.hashCode()); } catch (FileNotFoundException e) { // TODO: handle exception } catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } catch(ClassNotFoundException e){ e.printStackTrace(); } } }
控制台打印：
1988716027 调用了readResolve方法 1988716027
调用了readResolve方法后就是单例了，如果我们注释掉readResolve方法，
控制台打印：
977199748 536468534
8.使用static代码块实现单例模式
public class MyObject { private static MyObject instance=null; private MyObject(){ } static { instance=new MyObject(); } public static MyObject getInstance(){ return instance; } }
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public class MyThread extends Thread{ public void run(){ for (int i = 0; i <5; i++) { System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode()); } } }
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public class Run { public static void main(String[] args) { MyThread t1=new MyThread(); MyThread t2=new MyThread(); MyThread t3=new MyThread(); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }
控制台打印：
798941612 798941612 798941612
由此可见，使用static代码块也可以实现单例模式，因为静态代码块在使用类的时候已经执行了。
