单例模式的双重加锁实现

本文从单例模式的一般实现方式开始说起，逐步深入到双重加锁实现。

一、饿汉模式

首先介绍一下最简单的单例模式——饿汉模式，这种方式在单例类被加载的时候实例化。代码实现如下：

public class Singleton {
      private static Singleton instance;
      
      static {
          instance = new Singleton();
      }
  
      private Singleton() {
      }
 
     public static Singleton getInstance() {
         return instance;
     }
 }

饿汉模式的缺点在于，如果单例对象的创建过程比较耗时，那么应用程序的启动将会比较慢。

二、懒汉模式

为了克服饿汉模式的缺点，将单例对象的创建过程延后到第一次使用单例对象时，这种实现方式被称为懒汉模式。代码实现如下：

public class Singleton {
      private static Singleton instance;
      
      private Singleton() {
      }
      
      public static Singleton getInstance() {
          if (instance == null) {
              instance = new Singleton();
         }
         
         return instance;
     }
 }

需要注意的是这种实现方式是线程不安全的。
假设在单例类被实例化之前，有两个线程同时在获取单例对象，线程1在执行完第8行if (instance == null) 后，线程调度机制将 CPU 资源分配给线程2，此时线程2在执行第8行 if (instance == null)时也发现单例类还没有被实例化，这样就会导致单例类被实例化两次。为了防止这种情况发生，需要对 getInstance() 方法同步。下面看改进后的懒汉模式：

三、改进后的懒汉模式

public class Singleton {
      private static Singleton instance;
      
      private Singleton() {
      }
    
      // 线程安全的懒汉模式
      public synchronized static Singleton getInstance() {
          if (instance == null) {
             instance = new Singleton();
         }
         
         return instance;
     }
 }

缺点：改进后的懒汉模式实现方式中，每次获取单例对象时都会加锁，这样就会带来性能损失。

四、 双重加锁（double check）

双重加锁实现本质也是一种懒汉模式，相比第2种实现方式将会有较大的性能提升。代码实现如下：

public class Singleton {
      private volatile static Singleton instance;
      
      private Singleton() {
      }
      
      public static Singleton getInstance() {
          if (instance == null) {
              synchronized (Singleton.class) {
                 if (instance == null) {
                     instance = new Singleton();
                 }
             }
         }
         
         return instance;
     }
 }

就算在单例类被实例化时有多个线程同时通过了第8行代码 if (instance == null)的判断，但同一时间只有一个线程获得锁后进入临界区。通过第8行判断的每个线程会依次获得锁进入临界区，所以进入临界区后还要再判断一次单例类是否已被其它线程实例化，以避免多次实例化。由于双重加锁实现仅在实例化单例类时需要加锁，所以相较于第2种实现方式会带来性能上的提升。另外需要注意的是双重加锁要对 instance 域加上 volatile修饰符。由于 synchronized 并不是对 instance 实例进行加锁（因为现在还并没有实例），所以线程在执行完第11行修改 instance 的值后，应该将修改后的 instance 立即写入主存（main memory），而不是暂时存在寄存器或者高速缓冲区（caches）中，以保证新的值对其它线程可见。

补充：第9行可以锁住任何一个对象，要进入临界区必须获得这个对象的锁。由于并不知道其它对象的锁的用途，所以这里最好的方式是对 Singleton.class 进行加锁。