线程安全单例设计模式的实现差异

Question

thread-safe Singleton Design Pattern 与 Double Check Locking 有什么区别，如下面的代码所示。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (this) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
             }
        }
        return instance;
    }
}

除了Eager初始化之外的以下实现。

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

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

Answer 1

Double-Check Locking (DCL) 习惯用法是尝试以惰性方式实例化单例对象，其中直到第一次需要时才创建单例对象。 这种方法的问题在于它有缺陷并且不起作用。要深入了解为什么此成语不起作用，请参阅：

• The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration
• Double-checked locking: Clever, but broken

虽然 Brian Goetz 详细介绍了成语失败的原因，但为简洁起见，可以将问题总结为以下段落：

DCL 依赖于资源字段的非同步使用。这似乎是无害的，但事实并非如此。要了解原因，假设线程 A 在同步块内，执行语句 resource = new Resource();而线程 B 刚刚进入 getResource()。考虑此初始化对内存的影响。将为新的 Resource 对象分配内存；将调用 Resource 的构造函数，初始化新对象的成员字段；并且 SomeClass 的字段资源将被分配一个对新创建对象的引用。

简而言之，Java 内存模型 (JMM) 不保证给定两个线程，一个不会看到 instance 字段的部分构造实例，因为 instance 字段是在同步块之外观察到的 (即if (instance == null))。

请注意，从 JDK 5 开始，double-checked locking idiom is possible，但它仍然很微妙，只要可以使用其他替代方法，就应该避免使用它。

开发人员首先尝试创建 DCL 习惯用法的原因是使用 synchronized 关键字会导致性能下降（根据 Brian Goetz 的文章，高达 100 倍）。

第二种模式是单例模式的一种更简单的方法，因为它使单例对象static，这确保对于尝试访问单例的所有外部对象，只会创建一个对象。这种方法称为急切实例化，因为instance 对象是在任何需要它的外部对象之前创建的。除非在创建单例对象时有很大的开销，否则急切实例化通常就足够了。

如果需要延迟实例化，一个聪明的方法是创建一个单独的类，其中只有单例实例作为static 字段：

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

由于在类加载器加载类之前，static 字段不会在 Java 中初始化，因此在外部对象引用 instance 对象之前，不会实例化 instance 对象。至此，我们通过编译器和Java运行环境实现了惰性实例化。