Java线程安全的单例模式如何实现 双重检查锁定原理

双重检查锁定结合volatile是推荐的线程安全懒加载单例实现方式，通过两次判空检查和synchronized同步块确保实例唯一性，volatile防止指令重排序并保证内存可见性，避免多线程环境下创建出多个实例或获取到未初始化完全的对象。

实现线程安全的单例模式，双重检查锁定（Double-Checked Locking）是一种常见且高效的写法。它既保证了性能，又确保在多线程环境下实例唯一。

单例模式的基本要求

单例模式的核心是：一个类只允许创建一个实例，并提供全局访问点。在多线程场景下，必须防止多个线程同时创建多个实例。

常见实现方式包括：

• 饿汉式：类加载时就初始化，线程安全但可能浪费资源
• 懒汉式：第一次使用时才创建，需处理线程安全问题
• 双重检查锁定：延迟加载 + 高效线程安全

双重检查锁定的实现代码

public class Singleton {
    // 使用 volatile 关键字确保多线程内存可见性和禁止指令重排序
    private static volatile Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 获取实例的公共静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {                    // 第一次检查：避免不必要的同步
            synchronized (Singleton.class) {       // 加锁
                if (instance == null) {            // 第二次检查：确保只创建一次
                    instance = new Singleton();    // 创建实例
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁定的原理分析

这种写法之所以高效，是因为它减少了同步的开销。只有在实例未创建时才加锁，一旦创建完成，后续调用直接返回引用，无需同步。

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关键点在于两次检查和 volatile 的作用：

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• 第一次检查 instance == null：如果实例已存在，直接返回，不进入同步块，提升性能
• synchronized 确保同一时刻只有一个线程能进入临界区
• 第二次检查 instance == null：防止多个线程在第一次检查后都进入同步块，导致重复创建
• volatile 防止对象创建过程中的指令重排序问题

new Singleton() 并不是一个原子操作，它大致分为三步：

1. 分配内存空间
2. 调用构造函数初始化对象
3. 将 instance 指向该内存地址

由于 JVM 和处理器的优化，可能发生指令重排序，比如先执行第1步和第3步，再执行第2步。这时如果另一个线程刚好在此时读取 instance，会发现它非 null，但对象还未完全初始化，导致错误。

volatile 能禁止这种重排序，确保对象在构造完成前不会被其他线程看到。

为什么不加 volatile 会有问题？

在没有 volatile 修饰的情况下，线程A在创建对象时发生重排序，线程B可能拿到一个“半初始化”的对象引用，调用其方法时出现不可预知的行为。加上 volatile 后，JVM 会插入内存屏障，保证构造顺序正确，其他线程看到的 always 是完整构建后的实例。

以上就是Java线程安全的单例模式如何实现 双重检查锁定原理的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！