【JavaEE初阶】懒汉模式与饿汉模式及指令重排序问题

目录

📕 单例模式

🌳 饿汉模式

🚩 线程安全

🎍 懒汉模式

🚩 懒汉模式-单线程版

🚩 懒汉模式-多线程版

🎄 指令重排序

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📕 单例模式

单例模式是一种经典的设计模式，是校招中最常考的设计模式之一.

那么啥是设计模式呢?

• 设计模式好比象棋中的 “棋谱”. 红方当头炮, 黑方马来跳. 针对红方的一些走法, 黑方应招的时候有一些固定的套路. 按照套路来走局势就不会吃亏.
• 软件开发中也有很多常见的 “问题场景”. 针对这些问题场景, 大佬们总结出了一些固定的套路. 按照这个套路来实现代码, 也不会吃亏.

那么什么是单例模式呢？

• 单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
• 这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
• 单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

注意：

1. 单例类只能有一个实例。

2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例。

3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

单例模式具体的实现方式, 又分成 “饿汉” 和 “懒汉” 两种，掌握这两种应付面试+日常开发完全足够

🌳 饿汉模式

饿汉模式，就是它很饿，它的对象早早的就创建好了

由于是 static 修饰的，所以由 static 修饰的成员初始化时机是在类加载的时候，类具体啥时候加载，后面讲到JVM的时候再细说，可简单的认为就是在JVM一启动的时候就立即加载了(其实有变数)。

现在呢我们是有一个private这样的成员，光一个private成员还不够，要写一个public这样的方法供其他代码进行使用。

后序呢，在代码里面要想用到这个类的实例，就直接通过 getinstance 来获取，而不是重新去new

接下来，上述代码是已经把唯一实例准备好了，万一其他代码又new了这个类的实例怎么办，所以我们就需要禁止外部代码来创建该类的实例，在Singleton类里面在创建一个构造方法即可，里面可以什么都不写，但是必须要由private修饰（核心）。

在main方法调用：

尝试在main方法中new，就会编译出错：  提示说该方法是私有的，不能访问

注意：

• 优点：没有加锁，执行效率会提高。

• 缺点：类加载时就初始化，浪费内存

🚩 线程安全

🎍 懒汉模式

🚩 懒汉模式-单线程版

代码：

饿汉模式的代码突出的就是一个急切，只要程序启动就创建出实例，而懒汉模式是在第一次调用getinstance的时候创建实例，啥时候调用就啥时候创建，如果不调用就不创建。

main方法调用：还是一样，不管调用几次都是同一个实例

尝试去new，也会出现语法错误：

线程不安全：

🚩 懒汉模式-多线程版

上面的懒汉模式的实现是线程不安全的.

• 线程安全问题发生在首次创建实例时.如果在多个线程中同时调用getInstance方法,就可能导致创建出多个实例.
• 一旦实例已经创建好了,后面再多线程环境调用getInstance就不再有线程安全问题了(不再修改 instance 了)

我们可以加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题

代码：

注意：锁这个东西不是说加了一定安全，也不是不加一定不安全，这里仍然使存在线程安全问题的

把加锁操作放到 if 外面，就是把 if 和 new 打包成一个原子操作：

问题：

只要在加锁之前再次判断 ->if ( instance == null ) 即可，就能使这个代码线程安全即效率不受影响

通过双重 if 避免了不可重复读负面影响，避免了重复创建对象。

注意：之前谈到的 volatile 的优化问题，不是100%触发的，可能触发，可能不触发，上述代码考虑的是不触发优化的情况，如果触发优化的情况，需要再来一手 volatile。避免出现优化情况下的内存可见性问题，确保说第一个线程的修改操作一定会被后序线程读到。

🎄 指令重排序

上述讲到给变量加上 volatile 是因为涉及到内存可见性问题，另一方面加上 volatile 也能够解决指令重排序引起的线程安全问题。

指令重排序呢也是编译器的一种优化策略。

注意：编译器优化有多种策略，把读内存优化到读寄存器，指令重排序，循环展开，条件分支预测......这些都是优化策略，也是属于比较垂直的领域，对于大部分程序员不需要知道，属于专门负责开发编译器/开发操作系统内核一小部分人研究。

那对于上篇文章写的懒汉模式的代码来说，如果不给这里的 instance 加上 volatile 的话，此时是有可能在多线程环境下出现指令重排序引起的线程安全问题。

那具体是怎么引起的 ？