多线程（47）如何确保线程安全的延迟初始化

青旅半醒 2024-04-24 23:14 59阅读 0赞

确保线程安全的延迟初始化是多线程编程中的一个关键问题。在Java中，存在几种模式可以实现线程安全的延迟初始化，我们将深入探讨其中的几种方法，包括同步方法（Synchronized Access）、双重检查锁定（Double-Checked Locking）以及使用`Initialization-on-demand holder`模式。

#### 1. 同步方法（Synchronized Access） ####

最简单的线程安全延迟初始化方法是将获取实例的方法同步。这种方法确保只有一个线程可以执行初始化代码路径。

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

这种方法的缺点是每次访问`getInstance()`方法时都需要进行同步，这可能会严重降低性能。

#### 2. 双重检查锁定（Double-Checked Locking） ####

为了避免同步方法的性能问题，可以使用双重检查锁定模式。这种方法首先检查实例是否已经创建，如果尚未创建，才进入同步块。

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

这里使用`volatile`关键字是必要的，以防止JVM的指令重排序优化。这种优化可能会导致在对象构造完成前就将地址赋给`instance`字段，从而导致并发环境下的错误。

#### 3. Initialization-on-demand holder idiom ####

使用`Initialization-on-demand holder idiom`是一种既实现延迟初始化又保证了线程安全的优雅方法，它依赖于Java语言规范保证的类初始化阶段的安全性。

public class Singleton {
        
        private Singleton() {
        }
    
        private static class SingletonHolder {
        
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        }
    
        public static Singleton getInstance() {
        
            return SingletonHolder.INSTANCE;
        }
    }

在这种模式下，`SingletonHolder`类将延迟加载，直到`getInstance()`方法第一次被调用时，JVM才加载并初始化`SingletonHolder`类。这时，`Singleton`实例被创建。JVM确保了`INSTANCE`的唯一性和线程安全性。

#### 比较 ####

*  使用**同步方法**是最简单直接的线程安全延迟初始化方法，但它在高并发场景下性能较差。
 *  **双重检查锁定**提高了性能，但实现更复杂，并且需要正确使用`volatile`关键字以避免指令重排序问题。
 *  **Initialization-on-demand holder idiom**提供了一种既高效又线程安全的延迟初始化方法，是实现单例模式的推荐方式。

在实际应用中，选择哪种方法取决于具体的需求和环境。对于大多数情况，推荐使用`Initialization-on-demand holder idiom`，因为它既简单又能提供很好的性能。