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服务器之家 - 编程语言 - JAVA教程 - 浅谈java 单例模式DCL的缺陷及单例的正确写法

浅谈java 单例模式DCL的缺陷及单例的正确写法

2020-09-29 00:30带你装逼带你飞的程序猿 JAVA教程

这篇文章主要介绍了浅谈java 单例模式DCL的缺陷及单例的正确写法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧

1 前言

单例模式是我们经常使用的一种模式,一般来说很多资料都建议我们写成如下的模式:

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/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {
  private String str = "";
  private int a = 0;
 
  private static Instance ins = null;
  /**
   * 构造方法私有化
   */
  private Instance(){
    str = "hello";
    a = 20;
  }
  
  /**
   * DCL方式获取单例
   * @return
   */
  public static Instance getInstance(){
    if (ins == null){
      synchronized (Instance.class){
        if (ins == null){
          ins = new Instance();
        }
      }
    }
    return ins;
  
}

 

但是这种方式其实是有缺陷的,具体什么缺陷呢?我们首先要了解JVM了内存模型,请看下面分析

2 JVM内存模型

JVM模型如下图:

浅谈java 单例模式DCL的缺陷及单例的正确写法

这里着重介绍下VM Stack,其他的我相信都比较熟悉。

VM Stack是线程私有的区域。他是java方法执行时的字典:它里面记录了局部变量表、 操作数栈、 动态链接、 方法出口等信息。

在《java虚拟机规范》一书中对这部分的描述如下:

栈帧( Frame)是用来存储数据和部分过程结果的数据结构,同时也被用来处理动态链接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派( Dispatch Exception)。

栈帧随着方法调用而创建,随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未被捕获的异常)都算作方法结束。

栈帧的存储空间分配在 Java 虚拟机栈( §2.5.5)之中,每一个栈帧都有自己的局部变量表( Local Variables, §2.6.1)、操作数栈( OperandStack, §2.6.2)和指向当前方法所属的类的运行时常量池( §2.5.5)的引用。

java中某个线程在访问堆中的线程共享变量时,为了加快访问速度,提升效率,会把该变量临时拷贝一份到自己的VM Stack中,并保持和堆中数据的同步。

3 传统DCL方式的缺陷

有了以上的基础知识我们就可以知道DCL方式的缺陷在哪儿了。当线程A在获取了Instance.class锁时,对ins进行 ins = new Instance() 初始化时,由于这是很多条指令,jvm可能会乱序执行。

这个时候如果线程B在执行if (ins == null)时,正常情况下,如果为true,说明需要获取Instance.class锁,等待初始化。

但是这时候,假设线程A再没有对ins进行初始化完,比如只对str进行了赋值,还没有来的及对a进行赋值,假如jvm将未完成赋值的值拷贝回堆中,这个时候线程B有可能读到的值就不是为null了,就会造成数据丢失的情况。这时候我们发现线程B获取的对象中a的值是0,而不是20

因为:对ins的写操作不 happen-before 对它的读操作

这就是DCL方式的缺陷,那么怎么避免呢?首先我们需要了解分析多线程的一大利器

4 happen-before原则

Happen-Before规则:

1 同一个线程中,书写在前面的操作happen-before书写在后面的操作。这条规则是说,在单线程 中操作间happen-before关系完全是由源代码的顺序决定的,这里的前提“在同一个线程中”是很重要的,这条规则也称为单线程规则 。

这个规则多少说得有些简单了,考虑到控制结构和循环结构,书写在后面的操作可能happen-before书写在前面的操作,不过我想读者应该明白我的意思。

2 对锁的unlock操作happen-before后续的对同一个锁的lock操作。这里的“后续”指的是时间上的先后关系,unlock操作发生在退出同步块之后,lock操作发生在进入同步块之前。这是条最关键性的规则,线程安全性主要依赖于这条规则。

但是仅仅是这条规则仍然不起任何作用,它必须和下面这条规则联合起来使用才显得意义重大。这里关键条件是必须对“同一个锁”的lock和unlock。

如果操作A happen-before操作B,操作B happen-before操作C,那么操作A happen-before操作C。这条规则也称为传递规

3 对volatile字段的写操作happen-before后续的对同一个字段的读操作.(Java5 新增)

4 单例模式的正确写法

有了以上的分析我们知道,我们只需要在保证对ins的访问是读在写之后即可,因此正确的做法是在ins 前加上一个关键字volatile。因此DCL的正确写法应该如下:

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/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {
  private String str = "";
  private int a = 0;
 
  private volatile static Instance ins = null;
  /**
   * 构造方法私有化
   */
  private Instance(){
    str = "hello";
    a = 20;
  }
 
  /**
   * DCL方式获取单例
   * @return
   */
  public static Instance getInstance(){
    if (ins == null){
      synchronized (Instance.class){
        if (ins == null){
          ins = new Instance();
        }
      }
    }
    return ins;
  }
}

其实单例模式也有另一种我很喜欢的写法,那就是内部类:

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/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {
 
  /**
   * 构造方法私有化
   */
  private Instance(){
  }
  
  private static class SingleHolder{
    private static final Instance ins = new Instance();
  }
 
  /**
   * 内部类方式获取单例
   * @return
   */
  public static Instance getInstance(){
    return SingleHolder.ins;
  
}

这种从jvm虚拟机上保证了单例,并且也是懒式加载。

以上这篇浅谈java 单例模式DCL的缺陷及单例的正确写法就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持服务器之家。

原文链接:https://blog.csdn.net/qiyei2009/article/details/71813069

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