当前位置:

首页 > 编程开发 > Java单例模式中的线程安全问题怎么解决

Java单例模式中的线程安全问题怎么解决

一.使用多线程需要考虑的因素提高效率:使用多线程就是为了充分利用CPU资源,提高任务的效率线程安全:使用多线程最基本的就是保障线程安全问题所以我们在设计多线程代码的时候就必须在满足线程安全的前提下尽可能的提高任务执行的效故:加锁细粒度化:加锁的代码少一点,让其他代码可以并发并行的执行考虑线程安全:没有操作共享变量的代码没有安全问题对共享变量的读,使用volatile修饰变量即可对共享变量的写,使用synchronized加锁二.单例模式单例模式能保证某个类在程序中只存在唯一一份实例,而不会创建出多个实例例

本文目录

      一. 使用多线程需要考虑的因素

      提高效率:使用多线程就是为了充分利用CPU资源,提高任务的效率
      线程安全:使用多线程最基本的就是保障线程安全问题

      所以我们在设计多线程代码的时候就必须在满足线程安全的前提下尽可能的提高任务执行的效
      故:
      加锁细粒度化:加锁的代码少一点,让其他代码可以并发并行的执行

      考虑线程安全:

      没有操作共享变量的代码没有安全问题
      对共享变量的读,使用volatile修饰变量即可
      对共享变量的写,使用synchronized加锁

      二. 单例模式

      单例模式能保证某个类在程序中只存在唯一一份实例,而不会创建出多个实例
      例如:DataSource(数据连接池),一个数据库只需要一个连接池对象

      单例模式分为饿汉模式和懒汉模式

      1. 饿汉模式

      饿汉模式是在类加载的时候就创建实例
      这种方式是满足线程安全的(JVM内部使用了加锁,即多个线程调用静态方法,只有一个线程竞争到锁并且完成创建,只执行一次)

      实现代码:

      public class Singleton {
          private static Singleton instance = new Singleton();
          private Singleton(){
       
          }
          public static Singleton getInstance(){
              return instance;
          }
      }

      2. 懒汉模式

      懒汉模式是在类加载的时候不创建实例,第一次使用的时候才创建

      实现代码:

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

      观察上述代码,在单线程下不存在线程安全问题,但是在多线程环境下存在安全问题吗? 

      分析:
      当实例没有被创建的时候,如果有多个线程都调用getInstance方法,就可能创建多个实例,就存在线程安全问题 
      但是实例一旦创建好,后面线程调用getInstance方法就不会出现线程安全问题

      结果:线程安全问题出现在首次创建实例的时候

      3. 懒汉模式(使用synchronized改进)

      我们使用sychronized修饰,????‍????️代码如下:

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

      这样实现线程安全存在什么问题呢?

      解析:
      我们对方法使用synchronized修饰,也就是每次调用该方法的时候都会竞争锁,但是创建实例只需要创建一次,也就是创建实例后,再调用该方法还需要竞争锁释放锁

      结果:虽然满足线程安全,但是效率低

      4. 懒汉模式(使用双重校验锁改进)

      在上述代码的基础上进行改动:

      使用双重if判定,降低竞争锁频率
      使用volatile修饰instance 

      实现代码:

      public class Singleton {
          private static volatile Singleton instance = null;
          private Singleton(){
       
          }
          public static synchronized Singleton getInstance(){
              if(instance == null){ //外层的if判断:如果实例被创建直接return,不让线程再继续竞争锁
                  //在没有创建实例时,多个线程已经进入if判断了
                  //一个线程竞争到锁,其他线程阻塞等待
                  synchronized (Singleton.class) {
                      //内层的if判断,目的是让竞争失败的锁如果再次竞争成功的话判断实例是否被创建,创建释放锁return,没有则创建
                      if(instance == null){ 
                          instance = new Singleton();
                      }
                  }
              }
              return instance;
          }
      }

      对双重if的解析:

      外层的if判断:实例只是被创建一次,当实例已经被创建好了就不要后续操作,直接return返回
      内层的if判断:实例未被创建时,多个线程同时竞争锁,只有一个线程竞争成功并创建实例,其他竞争失败的线程就会阻塞等待,当第一线程释放锁后,这些竞争失败的线程就会继续竞争,但是实例已经创建好了,所以需要再次进行if判断 

      画图分析,如下所示:

      Java单例模式中的线程安全问题怎么解决

      三. volatile的原理 

      volatile保证了可见性,有序性,在Java层面看,volatile是无锁操作,多个线程对volatile修饰的变量进行读可以并发并行执行,和无锁执行效率差不多

      volatile修饰的变量中,CPU使用了缓存一致性协议来保证读取的都是最新的主存数据 

      缓存一致性:如果有别的线程修改了volatile修饰的变量,就会把CPU缓存中的变量置为无效,要操作这个变量就要从主存中重新读取

      四. volatile的扩展问题(了解)

      如果说volatile不保证有序性,双重校验锁的写法是否有问题?

      关于new对象按顺序分为3条指令:

      (1) 分配对象的内存空间
      (2) 实例化对象
      (3) 赋值给变量

      正常的执行顺序为(1)(2)(3),JVM可能会优化进行重排序后的顺序为(1)(3)(2)

      这个重排序的结果可能导致分配内存空间后,对象还没有实例化完成,就完成了赋值
      在这个错误的赋值后,instance==null不成立,线程就会拿着未完成实例化的instance,使用它的属性和方法就会出错

      使用volatile保证有序性后:

      线程在new对象时不管(1)(2)(3)是什么顺序,后续线程拿到的instance是已经实例化完成的
      CPU里边,基于volatile变量操作是有CPU级别的加锁机制(它保证(1)(2)(3)全部执行完,写回主存,再执行其他线程对该变量的操作)

      本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
      作者最新文章
      编程开发 Java
      相关文章 更多
      Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例
      Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例

      面向初学者的JUnit 5实用入门指南。从测试概念、Maven依赖配置,到手把手编写首个单元测试用例及断言验证,助你掌握Java单元测试的核心流程。

      Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异
      Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异

      深入解析Java中局部变量未初始化编译报错与成员变量自动赋予默认值的机制差异,涵盖JVM内存分配、编译期确定性赋值检查与实际排查修复方案。

      Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat
      Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat

      详细讲解在Java中获取当前系统时间并进行格式化输出的两种核心方案:基于Java 8全新日期时间API的DateTimeFormatter与传统遗留的SimpleDateFormat,包含完整代码示例、线程安全机制对比及生产选型建议。

      Java中final与static final常量的定义及初始化规则
      Java中final与static final常量的定义及初始化规则

      深入解析Java中final变量与static final常量的定义、内存语义、初始化时机及合法赋值路径,涵盖编译期常量优化与实战避坑指南。

      Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议
      Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议

      深入对比Java中抽象类抽象方法与接口方法的语法演进、设计意图及运行期差异,并提供清晰的架构选型决策流程与实战范例。

      Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例
      Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例

      本文提供Java标准库HttpClient发起HTTP GET/POST请求并结合Jackson进行JSON数据反序列化与序列化的完整代码示例与工程实践指南。

      Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案
      Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案

      详细分析Java递归调用出现StackOverflowError的原因,结合代码说明线程栈、栈帧和递归深度之间的关系,并介绍终止条件排查、迭代改写、减少栈帧开销以及通过-Xss调整JVM栈空间的方法。

      Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例
      Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例

      针对Java中常见的NullPointerException(NPE),本文从堆栈日志定位、典型代码触发场景、具体修复代码对比到防御体系进行系统讲解,提供实用且易上手的排查与修复方案。

      selenium上传文件教程本地文件路径设置方法
      selenium上传文件教程本地文件路径设置方法

      深入解析Selenium处理文件上传的技术细节,涵盖标准HTML控件的路径直接注入法与非标准控件的系统级模拟方案,提供Windows与Linux环境下的路径设置最佳实践及常见异常排查。

      大数据开发语言选型:Java对比Scala与Python的优缺点及适用场景
      大数据开发语言选型:Java对比Scala与Python的优缺点及适用场景

      针对大数据工程场景,系统对比Java、Scala与Python在执行性能、生态结合、开发效率和维护成本上的核心差异,给出清晰的架构选型依据与落地方案。

      查看更多
      精品专题 更多
      装机必备
      装机必备

      正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

      Windows
      Windows

      正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

      PDF教程
      PDF教程

      正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

      Mac软件 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      Aperty macOS版
      Aperty macOS版
      macOS

      Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

      WINDOWS 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      PixTV 网页版
      PixTV 网页版
      Windows

      PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。