在Java的单例类中的线程安全性问题

单例是最广泛使用的创建性设计模式之一，用于限制应用程序创建的对象。如果在多线程环境中使用它，则单例类的线程安全性非常重要。在现实世界的应用程序中，像数据库连接或企业信息系统（EIS）这样的资源是有限的，应该明智地使用以避免资源紧缺。为了实现这一点，我们可以实现一个单例设计模式。我们可以为资源创建一个包装类，并在运行时限制对象的数量为一个。

在Java中的线程安全单例模式

创建私有构造函数以避免使用新操作符创建任何新对象。
声明一个私有静态类实例。
提供一个公共静态方法，用于返回单例类的实例变量。如果变量未初始化，则进行初始化，否则简单地返回实例变量。

使用上述步骤，我已创建一个类似以下样式的单例类。ASingleton.java

package com.Olivia.designpatterns;

public class ASingleton {

	private static ASingleton instance = null;

	private ASingleton() {
	}

	public static ASingleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new ASingleton();
		}
		return instance;
	}

}

在上述代码中，getInstance()方法不是线程安全的。多个线程可以同时访问它。对于前几个访问该实例变量尚未初始化的线程，多个线程可以进入if循环并创建多个实例。这将破坏我们的单例实现。

如何在单例类中实现线程安全？

我们可以通过三种方式实现线程安全。

在类加载时创建实例变量。
优点：

• Thread safety without synchronization
• Easy to implement

缺点：

• Early creation of resource that might not be used in the application.
• The client application can’t pass any argument, so we can’t reuse it. For example, having a generic singleton class for database connection where client application supplies database server properties.

同步getInstance()方法。
优点：

• Thread safety is guaranteed.
• Client application can pass parameters
• Lazy initialization achieved

缺点：

• Slow performance because of locking overhead.
• Unnecessary synchronization that is not required once the instance variable is initialized.

在if循环内部使用同步块和volatile变量
优点：

• Thread safety is guaranteed
• Client application can pass arguments
• Lazy initialization achieved
• Synchronization overhead is minimal and applicable only for first few threads when the variable is null.

缺点：

• Extra if condition

观察了实现线程安全的三种方式后，我认为第三种方式是最好的选择。在这种情况下，修改后的类将会是这样的。

package com.Olivia.designpatterns;

public class ASingleton {

	private static volatile ASingleton instance;
	private static Object mutex = new Object();

	private ASingleton() {
	}

	public static ASingleton getInstance() {
		ASingleton result = instance;
		if (result == null) {
			synchronized (mutex) {
				result = instance;
				if (result == null)
					instance = result = new ASingleton();
			}
		}
		return result;
	}

}

本地变量result似乎是不必要的。但是，它存在是为了提高我们代码的性能。在实例已经被初始化的情况下（大多数情况下），volatile字段只被访问一次（因为使用了“return result;”而不是“return instance;”）。这可以将方法的整体性能提高25％。如果您认为有更好的方法来实现这一点，或者以上实现威胁到线程安全，请评论并与我们分享。

额外小贴士

字符串不是使用synchronized关键字的很好的选择，原因是它们存在于字符串池中，我们不希望锁定一个可能被其他代码使用的字符串。因此，我使用一个Object变量。学习更多关于Java中同步和线程安全的知识。