Java学习36-Java 多线程安全：懒汉式和饿汉式

JAVA种有两种保证线程安全的方式，分别叫懒汉式Lazy Initialization和饿汉式Eager Initialization，以下是他们的区别：

• 线程安全性：

懒汉式本身是非线程安全的，因为多个线程可能同时检查实例是否为null，并尝试同时创建实例，会导致出现多个实例。为了解决这个问题，需要额外的同步机制，如双重检查锁定（double-checked locking）或静态内部类等方式。
而饿汉式最开始就static和final了天生就是线程安全的。

• 实例创建时机不同：

懒汉式在类被创建时不立即创建实例，而是在第一次调用 类名.getInstance() 方法时才创建实例，实现了延迟加载(非线程安全)。
饿汉式直接在最开始就static final SingletonEager instance = new SingletonEager()直接创建完毕了(自带安全属性)。

• 资源加载和性能不同：

懒汉式(慢)：延迟了实例的创建，只有在真正需要使用时才会进行初始化，因此可以节省资源。但在第一次调用 getInstance() 方法时，由于需要创建实例，可能会有一定的性能延迟。
饿汉式(快，浪费内存)：对象在加载时已经创建，因此无论是否适用单例对象，都会占用一定内存。但是由于对象已经提前初始化，第一次调用getInstance方法速度会更快。

饿汉式（本身就是线程安全的）

饿汉式（Eager Initialization）开始就直接创建，不调用也存在，占内存，调用跑起来快，自带线程安全属性。

饿汉式举例：

public class EagerSingleton {  private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();  private EagerSingleton() {  // 私有构造函数  }  public static EagerSingleton getInstance() {  return INSTANCE;  }  
}

使用举例：

package ThreadPool;public class Test {public static void main(String[] args) {EagerSingleton e1 = EagerSingleton.getInstance();EagerSingleton e2 = EagerSingleton.getInstance();System.out.println(e1==e2);}}class EagerSingleton{private EagerSingleton() {}private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();public static EagerSingleton getInstance(){return instance;}
}

运行结果

true

懒汉式

懒汉式（Lazy Initialization）

下面是一个非线程安全的一般懒汉式示例（不建议使用，除非有额外的同步机制）：

public class LazySingleton {  private static LazySingleton instance;  private LazySingleton() {  // 私有构造函数  }  public static LazySingleton getInstance() {  if (instance == null) {  instance = new LazySingleton();  }  return instance;  }  
}

线程安全的懒汉式示例（使用双重检查锁定）：

第一次判断if (instance == null) 再进行下面的线程synchronized, 如果实例已经存在，直接都不用管线程synchronized那些程序块，直接return输出了。

public class ThreadSafeLazySingleton {  private static volatile ThreadSafeLazySingleton instance;  private ThreadSafeLazySingleton() {  // 私有构造函数  }  public static ThreadSafeLazySingleton getInstance() {  if (instance == null) { // 第一次检查实例是否存在  synchronized (ThreadSafeLazySingleton.class) {  if (instance == null) { // 第二次检查实例是否存在  instance = new ThreadSafeLazySingleton();  }  }  }  return instance;  }  
}

补充知识点：

volatile是一个关键字，用于修饰变量。当一个变量被声明为volatile时，它意味着这个变量在多线程环境下是可见的和有序的。这有助于确保线程安全，但它并不保证复合操作的原子性。例如，自增操作++实际上包括读取、增加和写入三个步骤，如果多个线程同时对一个volatile变量进行自增操作，那么结果可能会不正确。在下面的例子中volatile被用在在Bank instance的定义中。

示例2：构建一个银行单例，使用三个线程分别调用它，保证线程安全条件下(三个线程调用的是同一个银行instance)，输出“线程名字+ My Private Bank is building up! ”

package ThreadPool;public class Test3 {public static void main(String[] args) {//创建三个BankThread对象BankThread b1 = new BankThread();BankThread b2 = new BankThread();BankThread b3 = new BankThread();//分别启动这三个线程，因为Bank类是单例的，因此所有线程都将获取到同一个Bank对象实例b1.start();b2.start();b3.start();}}//一个专门构建的可以调用Bank类的Thread类
class BankThread extends Thread{@Overridepublic void run() {Bank bank = Bank.getInstance();bank.PrintBank();}
}//构建Bank类，实现了懒汉单例模式
//两层if(instance == null)和 synchronized (Bank.class)确保线程安全
class Bank{private static volatile Bank instance;private Bank() {}static Bank getInstance(){if(instance == null){synchronized (Bank.class){if(instance == null){instance = new Bank();}}}return instance;}public void PrintBank(){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " My Private Bank is building up! ");}
}

运行输出：

Thread-0 My Private Bank is building up! 
Thread-1 My Private Bank is building up! 
Thread-2 My Private Bank is building up! Process finished with exit code 0

饿汉式和懒汉式的主要区别在于实例的创建时机和线程安全性。饿汉式在类加载时即创建实例，线程安全且性能较高（首次调用速度快），但可能浪费资源（即使实例从未被使用）。懒汉式则延迟了实例的创建，节省了资源，但需要在多线程环境下采取额外的同步措施来保证线程安全。在实际应用中，应根据具体需求选择适合的实现方式。