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多线程（四）

news 来源：原创 2025/6/17 19:08:54

一 . 单例模式

（1）什么是设计模式？

（2）饿汉模式

（3）懒汉模式

二 . 指令重排序

今天咱们继续讲解多线程的相关内容

一 . 单例模式

（1）什么是设计模式？

设计模式其实通俗来讲就是一种固定套路，比如打篮球，踢足球，做数学题，下棋等等，在某个特定情况下，我们直接使用一些套路化，公式化的应对措施，就是解决当前问题的最优解，这就是设计模式。

在我们软件开发中也有很多常见的套路，一些 “ 问题场景 ”，针对这些特定场景，我们的程序员大佬们，前辈们总结了一些固定套路，通过这个套路来公式化的实现代码，就是 “ 最优解 ”。在某些特定情景下，按照设计模式来写代码，可以使代码不会太差，保证了代码的下限。当然啦，我们如果有能力写出更好的代码，那当然是更好的。

单例模式能保证某个类在程序当中只存在唯一一份实例，而不会创建出多个实例。

Java 中的单例模式具体的实现方式有很多，在我们日常生活中最常见的就是 “ 饿汉模式 ” 和 “ 懒汉模式 ”，这是当前的主流写法。

（2）饿汉模式

此处用 static 修饰，这里的 instance 成员变量就变成了 “ 类成员 ”，它就不再和实例相关而是和类相关了。那么类成员的初始化，就是在 Singleton 这个类被加载的时候，也就相当于咱们程序启动的时候。

在上述代码中，程序一启动，我们的 Singleton 这个类就加载了，类一加载，我们类成员的初始化就完成了，这里的实例创建的非常迫切，也就是我们的 “ 饿 ”，所以就叫做我们的 “ 饿汉模式 ”。

但是呢，有了实例还不够，我们还需要在外面对其进行使用，所以我们再在类中提供了一个以 Singleton 为返回值的 getInstance 方法，这样子后续我们需要用到这个实例，我们就可以直接调用这个 getInstance 方法。

最后，我们通过比较 s1、s2 会发现这两个值是一样的，是同一个实例，也就是true。

只要我们不在其它代码中 new 这个类，每次需要使用都通过调用 getInstance 来获取实例，此时这个类就是单例的了。

但是，我们怎样防止别人不来 new 这个类呢？这就是我们单例模式主要需要解决的问题了。

那么就是如图中的样子，咱们再写一个私有的构造方法，这样子在外部就不能再创建新的实例了。

（3）懒汉模式

饿汉模式跟懒汉模式的区别是什么呢？

例如：假设现在我们有一个编译器，需要用它打开一个非常大的，几个G的文件。我们可以使用两种方法来打开文件。

（1）一启动，就把所有的文本文件内容全部一股脑儿的都读取到内存中，然后显示到界面上。这就相当于我们 “ 饿汉模式 ” 的实现情况。

（2）启动之后，只加载一小部分数据（一个屏幕能显示的最大数据），随着用户进行翻页操作，在按照情况需要，加载剩余的内容。这就相当于我们 “ 懒汉模式 ” 的实现情况。

当我们首次调用 getInstance，由于此时的 instance 为空，咱们就进入 if 分支，创建实例。后续再重复调用 getInstance 结构都不会创建实例，直接返回。

大家可能会疑惑，为什么这个会有两个 if 语句，并且判断条件还一模一样？这不是多此一举吗？有什么意义呢？大家会发现，我们像下图代码中这样写，也没有任何问题啊？

下面我通过画图给大家分析一下其中可能存在的线程安全隐患：

所以，向我们上述过程中这种 “ 先判定，再修改 ” 的代码模式，是典型的线程不安全代码，因为我们的判定与修改之间，很可能涉及到线程的切换。

所以，此处我们需要运用 “ 锁 ” 来解决线程安全问题。提到锁，我们就用 synchornized 的嘛：

是不是这样的呢？答案是否定的，我们需要的是：让线程在我们执行判定和修改的时候，不去切换线程，所以我们有必要将 “ if ” 和 “ new ” 打包成一个整体。所以应该如下加锁：

这样子就完了吗？其实我们还有一点没有考虑到：虽然我们此处的加锁操作解决了刚刚的线程安全问题，但是与此同时又引入了新的问题 —— 加锁之后，可能引起阻塞。因为在上述代码中，我们已经 new 完了对象，那么我们的 if 分支就再也进不去了，后续代码的执行，都是单纯的 “ 读 ” 操作，此时 getInstance 不加锁，线程也是安全的。

而我们当前代码的写法，只要调用 getInstance，都会触发加锁操作，此时虽然没有线程安全问题了，但是加锁的开销是不可忽视的，会加锁产生阻塞，影响到性能。所以我们需要在锁之前再判定一次，而刚好，判定条件也是 “ instance == null ”。

二 . 指令重排序

上述代码中，还可能存在一个问题：指令重排序的问题。

问题就出在我们的 “ instance = new SingletonLazy ( ) ；”，这看似是一步，其实至少有三步：

（1）分配内存空间。

（2）执行构造方法。

（3）将内存空间的地址，赋值给引用变量。

对于这三个指令，编译器在执行的过程中，可能是 1 -> 2 -> 3，也可能是 1 -> 3 -> 2。注意：对于单线程来说，先执行 2 还是先执行 3，本质上是一样的，但是在我们多线程中，线程随时可能切换，这就很可能会造成影响了。（如下图所示：）

那么这个有关指令重排序的问题我们该如何解决呢？再加锁？再加 if 判定？都不是，要想解决这个问题很简单，那就是请出我们的老朋友 —— volatile ：

再之前有关多线程的第二节咱们就聊到过有关 volatile 关键字的用途，详情大家可以移步去看一看，了解了解：多线程（二）-CSDN博客

此时我们加了 volatile 关键字修饰 instance 之后，编译器就会发现，这个变量是 “ 易失的 ”，围绕这个变量的优化操作就会非常克制。不仅仅是在读取变量的优化上克制，也会在修改变量的优化上克制。加上 volatile 之后，禁止编译器对 instance 赋值操作的指令重排序。

OKK，就聊这么多了，今天主要就是讲解单例模式中的 “ 饿汉模式 ” 与 “ 懒汉模式 ”，以及解决 “ 懒汉模式 ” 中存在的各类线程安全问题。咱们下期再见，与诸君共勉！！！

一 . 单例模式

（1）什么是设计模式？

（2）饿汉模式

（3）懒汉模式

二 . 指令重排序

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