JavaEE-多线程编程单例模式

一、等待通知

系统内部，线程之间是抢占式执行的，随即调度，程序可以通过手动干预的方式，能够让线程一定程度的按咱们想要的顺序执行，无法主动让某个线程被调度，但可以主动让某个线程等待。等待通知可以安排线程之间的执行顺序。

举个栗子：当t1线程要在队列获取元素，由于此时队列是空的无法进行工作，它只能频繁的进行获取释放锁的操作，导致其他线程不能得到cpu分配资源，线程中调度是无序的，这种情况很可能出现，称为——线程饿死（不会像死锁那样卡死，但是可能会卡一下，影响程序效率）

等待通知机制可以解决上述问题：条件判断是否能执行当前逻辑，不能就主动wait阻塞等待，把执行的机会让给别的线程，避免该线程进行一些无意义的重试，等时机成熟时（其他线程通知-notify），阻塞被唤醒。代码实现：

public static void main(String[] args) {Object locker = new Object();Thread t1 = new Thread(()->{synchronized (locker){System.out.println("t1等待前");try {locker.wait();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("t1等待后");});

当我们执行这样的逻辑时，线程就会在执行完第一句输出语句后通过wait阻塞等待，注意：因为wait操作被执行时是先解锁然后阻塞等待，解锁的前提是有锁，所以需要在操作前先加锁。此时可以通过jconsole来查看线程状态：

可以看出此时是WAITING状态。再写另一个线程来唤醒它：

Thread t2 = new Thread(()->{try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}synchronized (locker){System.out.println("t2唤醒前");locker.notify();System.out.println("t2唤醒后");}});

此时工作台可以从输出顺序看到执行过程

（1）t1线程获取锁 （2）t1线程阻塞等待且解锁 （3）t2线程获取锁 （4）t2线程唤醒t1线程，执行完逻辑后释放锁 （5）t1重新获取锁，从上次被阻塞的地方继续执行。t1的状态变化是：WAITING->RUNNABLE->BLOCKED 处于blocked状态是因为唤醒后需要等t1先释放锁。

注意：notify一次只能唤醒一个线程，而且是随机的。不过notify也有可以唤醒所有线程的方法：

locker.notifyAll();

wait也有一个带参数的版本，无参数版本采用的是死等战术，等不到唤醒程序就一直等，带参数版本和join差不多，过了参数时间就不会再阻塞状态。

二、单例模式

单例模式是一种经典的设计模式，相比其他的设计模式算是比较简单的设计模式，也是面试中常考的设计模式。

单例模式->单个实例，整个进程中有且只有一个对象，这样的对象就成为单例（instance），那么如何保证进程中只有一个实例呢？

需要让编译器帮我们进行检查，通过编码上的技巧，使编译器自动发现我们是否创建了多个实例，并尝试创建多个实例时，直接编译报错。

单例模式有很多种写法，本篇文章主要介绍两种：饿汉模式&懒汉模式。

1、饿汉模式

先看这样的一串代码：

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

static成员初始化时机是在类加载的时候，可以简单理解为JVM一启动就立即加载，成员也就立即创建了。static修饰的类属性是类对象的，每个类的类对象在JVM中只有一个，里面的静态成员只有一个，初始化也只执行一次，当后续需要这个类的实例时可以通过方法来获取已经创建好的实例，而不是再创建新的，这个方法为：

 public static Singleton getInstance() {return instance;}

那么如果其他线程想通过此类创建新的对象该怎么办呢?

当类之外的代码想尝试创建新的对象时一定会调用构造方法，所以将构造方法的权限设置为private时就会无法调用，编译报错。如下：

private Singleton(){/  }

当类一加载静态成员就被创建了，就像饿的人看见吃的会想赶紧吃的感觉一样，所以这种模式可以被称为“饿汉模式”。

2、懒汉模式

在计算机中，懒往往是一个褒义词，代表着高效率。相对于饿汉模式一加载类就创建对象，懒汉则是当第一次需要使用对象才会去创建，就把创建实例的代价省下来了，按照这个思路来创建类：

class SingletonLazy{public static SingleLazy instance = null;public static SingleLazy getInstance() {if(instance == null){instance = new SingleLazy();}return instance;}
}

先将静态成员的引用指向空，当需要创建实例时判断当前引用是否为空，为空时再创建新的，不为空就直接返回实例。懒的本质就是偷懒，能少做就少做，懒->缓。

如果代码中存在多个单例类，都使用懒汉模式的话这些实例会在程序启动时扎堆的创建，可能把程序启动时间拖慢，如果使用饿汉模式的话，调用时机是分散的，化整为0，让用户感受不到卡顿。

多线程模式下分析懒汉模式与饿汉模式

思考：当多个线程同时getInstance时这两种模式是否会引起线程不安全问题？

饿汉模式安全，但懒汉模式是不安全的。

饿汉模式安全的原因：创建实例的时机是java进程启动时，比主线程还早创建，因此在其他线程调用getInstance时实例肯定已经创建好了，每个线程只做了一件事，就是读取上述静态变量的值，多个线程读取一个变量，安全。

而懒汉模式与其不同，懒汉模式的关键操作代码是这些

第一行是：“读”，查看一下实例引用的地址的是否为空，而第二行是赋值，也就是修改操作，上述操作在多线程环境下容易出现问题，比如会产生下面这种执行顺序

假定最初instance引用为空，t1判断引用为空，t2判断引用为空，t1创建实例对象，由于t2已经判定完是否为空，所以也会创建实例对象。

上述代码t2创建的引用会覆盖掉t1的引用的地址，进一步t1的instance没有指向了就会被GC回收掉。

解决办法：可以通过加锁的方式来保证懒汉模式下getInstance是安全的，当t1线程进入判定语句时t2需阻塞等待，t1创建完实例释放锁后t2才能获取锁，开始判定操作，此时的instance就已经指向了地址不为空了。初步优化后的代码：

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

但是懒汉模式只有在初次调用getInstance时会涉及到线程安全问题，一旦实例创建好了后面再调用都是只读操作，不涉及线程安全问题，而后续调用明明没有线程安全问题还要加锁，增加了没必要的开销。

解决办法：在加锁前再判断一次当前调用是否为第一次调用，如果是第一次调用再去获取锁，判定条件还是看instance是否为空即可。

别忘了上篇文章提到的volatile，二次优化后的代码：

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

通过双重if避免了重复创建对象。

下篇文章更新多线程编程经典案例二——阻塞队列

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道阻且长，行则将至