单例模式双重校验锁_被面试官虐过之后,他轻蔑的问我:你还说你了解单例模式吗?...
单例,大家肯定都不陌生,这是Java中很重要的一个设计模式。其实单例模式看上去简单,实际上却有很多容易被忽视的地方,因为他涉及到一些线程安全的问题,稍不留神就可能入坑。
本文,就通过一次面试经历来深入介绍下和单例有关的那点事儿!本文的第一人称是面试候选人!
之所以会聊到单例,是因为面试者的简历上写了"熟悉常用的设计模式",面试官在问他熟悉哪种设计模式的时候,我回答"自己对单例比较了解",但是面试没等结束,我就发现我还是太年轻了。
Q:你日常开发中都是怎么实现单例的呀?
A:我一般使用懒汉模式实现单例的。
Q:你用的懒汉方式实现的单例是线程安全的吗?
A:(这我知道,我用的肯定是线程安全的)我使用的时候,用了synchronized,所以我的实现是线程安全的。
懒汉模式
所谓"懒汉",指的是并不会事先初始化出单例对象,而是在第一次使用的时候再进行初始化,懒汉模式有两种写法,分别是线程安全的和非线程安全的。
线程不安全的懒汉模式:
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }}
线程安全的懒汉模式:
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }}
Q:那你知道懒汉模式有什么优缺点吗?
A:(这还能难倒我么?)懒汉模式可以在第一次真正用到的时候再实例化,避免了创建无效的对象。但是缺点是第一次使用的时候需要耗费时间进行对象的初始化。
这个时候我已经有点窃喜了,感觉面试官问的问题完全在我的射程范围内,哈哈哈...
Q:那除了懒汉模式,饿汉你有了解吗?
A:(我就猜到他会问这个,其实在回答懒汉的时候我已经知道了)我知道的,饿汉就是在类初始化的时候创建单例对象。
Q:具体是怎么实现的呢?如何在类初始化时创建对象?
A:(刚问的时候我稍微有点懵,不过很快反应过来了)就是使用static定义全局对象,在对象声明的时候直接new一个对象,或者使用静态代码块。
饿汉模式
所谓"饿汉",是指等不及要赶紧创建单例对象,即在类加载的过程中就进行单例对象的创建。具体实现方式也有多种。
饿汉模式:
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; }}
饿汉模式变种:
public class Singleton { private Singleton instance = null; static { instance = new Singleton(); } private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return this.instance; }}
Q:那饿汉模式是线程安全的吗?
A:额....应该是吧,嗯,(我要坚定,不能让面试官看出我不会)是的,是线程安全的。
Q:为什么饿汉模式是线程安全的呢?怎么实现的呢?
A:(回答上一个问题的时候我就有点发慌了,果然还是逃不过去)应该是类加载的时候线程安全的吧?(这个我真的是不太确定,也是有点紧张,没回答好)
饿汉如何保证线程安全
通过定义静态的成员变量,以保证单例对象可以在类初始化的过程中被实例化。
这其实是利用了ClassLoader的线程安全机制。ClassLoader的loadClass方法在加载类的时候使用了synchronized关键字。
所以, 除非被重写,这个方法默认在整个装载过程中都是线程安全的。所以在类加载过程中对象的创建也是线程安全的。
Q:好的,没关系,那双重校验锁这种单例你有了解吗?
A:知道一点,就是通过同步代码块代替了懒汉模式中的同步方法,来减小锁的粒度,减少阻塞。但是避免并发,需要进行两次非空判断,所以叫做双重锁校验。
双重校验锁实现单例:
public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; }}
Q:那你知道为什么已经用到了synchronized进行了同步,还需要使用volatile对单例对象进行修饰吗?
A:(这个我还真的没有注意过,只是胡乱回答了一堆volatile不能保证原子性之类的。但是面试官不是很满意,后来我自己查了一下)
双重锁校验的单例中为什么要使用volatile
因为编译器有可能进行指令重排优化,使得singleton对象在未完成初始化之前就对其进行了赋值,这样其他人拿到的对象就可能是个残缺的对象了。使用volatile的目的是避免指令重排。保证先进性初始化,然后进行赋值
Q:那你听说过指令重排吗?
A:(当时我回答没听说过,后来才知道,原来面试官在引导回答上一个问题,可惜自己太傻了,这里看出面试官还是比较友善的。)
慌张,除了慌张还是慌张...
Q:OK ,没关系的,那你还知道有其他方式可以实现单例吗?
A:好像是使用枚举可以实现单例
枚举实现单例:
public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { }}
Q:知道枚举实现单例有什么好处吗?
A:写法简单,几行代码就能搞定了。
Q:还有呢?
A:(还好我看过枚举的实现)枚举其实底层是依赖Enum类实现的,这个类的成员变量都是static类型的,并且在静态代码块中实例化的,和饿汉有点像, 所以他天然是线程安全的。
Q:还有呢?
A:(我的天,怎么还有?)还有的我就不是很清楚了。
枚举实现单例的好处
除了写法简单,线程安全以外,枚举还有一个好处,那就是"枚举可以解决反序列化会破坏单例的问题"
在枚举序列化的时候,Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中,反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时,编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的,因此禁用了writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法。
普通的Java类的反序列化过程中,会通过反射调用类的默认构造函数来初始化对象。所以,即使单例中构造函数是私有的,也会被反射给破坏掉。由于反序列化后的对象是重新new出来的,所以这就破坏了单例。
但是,枚举的反序列化并不是通过反射实现的。所以,也就不会发生由于反序列化导致的单例破坏问题。
Q:好的,那我还有最后一个问题,如果不让你使用synchronized和lock,你知道怎么实现一个线程安全的单例吗?
A:(这个问题很有意思,我根据我自己的理解回答了好几种,但是好像都不是面试官想要的答案,这是另外一个话题了,下次再单独分享吧。)
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