有關單例類和線程的問題

Question

我正在嘗試了解單例類，以及如何在應用程序中使用它們以確保其線程安全。 假設您有一個稱為IndexUpdater的單例類，其引用如下獲得：

 public static synchronized IndexUpdater getIndexUpdater() {
    if (ref == null)
        // it's ok, we can call this constructor
        ref = new IndexUpdater();
    return ref;
}

private static IndexUpdater ref;

假設類中還有其他方法可以完成實際工作（更新索引等）。 我想了解的是如何使用兩個線程來訪問和使用單例。 假設在時間1中，線程1通過像這樣的調用獲得對類的引用：IndexUpdater iu = IndexUpdater.getIndexUpdater（）; 然后，在時間2中，使用引用iu，線程1將類中的方法稱為iu.updateIndex。在時間2中會發生什么，第二個線程嘗試獲取對該類的引用。 它可以做到這一點，也可以訪問單例內的方法嗎？或者，只要第一個線程對該類有有效的引用，就可以阻止它。 我假設使用后者（否則它將如何工作？），但我想在實施之前先確定一下。

謝謝，

艾略特

Answer 1

您的假設是錯誤的。 同步getIndexUpdater（）僅防止（幾乎）同時調用getIndexUpdater（）的不同線程創建多個實例。

沒有同步，可能會發生以下情況：線程一調用getIndexUpdater（）。 ref為空。 線程2調用getIndexUpdater（）。 ref仍然為null。 結果：ref被實例化兩次。

Answer 2

由於getIndexUpdater（）是同步方法，因此它僅防止線程同時訪問此方法（或由同一同步器保護的任何方法）。 因此，如果其他線程同時訪問該對象的方法，則可能會出現問題。 請記住，如果線程正在運行同步方法，則所有其他試圖在同一對象上運行任何同步方法的線程都將被阻止。

有關更多信息： http : //download.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/syncmeth.html

Answer 3

您正在將單例對象的實例化與其使用混淆。 同步創建單例對象並不能保證單例類本身是線程安全的。 這是一個簡單的示例：

public class UnsafeSingleton {
    private static UnsafeSingleton singletonRef;
    private Queue<Object> objects = new LinkedList<Object>();

    public static synchronized UnsafeSingleton getInstance() {
        if (singletonRef == null) {
            singletonRef = new UnsafeSingleton();
        }

        return singletonRef;
    }

    public void put(Object o) {
        objects.add(o);
    }

    public Object get() {
        return objects.remove(o);
    }
}

保證兩個調用getInstance線程都可以獲取UnsafeSingleton的相同實例，因為同步此方法可以保證singletonRef僅被設置一次。 但是，返回的實例不是線程安全的 ，因為（在此示例中） LinkedList不是線程安全的隊列。 兩個線程修改此隊列可能會導致意外行為。 必須采取其他步驟來確保單例本身是線程安全的，而不僅僅是其實例化。 （例如，在此示例中，可以用LinkedBlockingQueue替換隊列實現，或者可以將get和put方法標記為synchronized 。）

Answer 4

然后，在時間2中，使用引用iu，線程1將類中的方法稱為iu.updateIndex。在時間2中會發生什么，第二個線程嘗試獲取對該類的引用。 它可以做到這一點，並且可以訪問單例內的方法嗎？

答案是肯定的。 您關於如何獲得引用的假設是錯誤的。 第二個線程可以獲得對Singleton的引用。 Singleton模式最常用作一種偽全局狀態。 眾所周知，當多個實體使用全局狀態時，通常很難處理它。 為了使您的單例線程安全，您將需要使用適當的安全機制，例如使用原子包裝器類（例如AtomicInteger或AtomicReference等）或使用synchronize （或Lock ）來保護關鍵代碼區域免於同時訪問。

Answer 5

最安全的方法是使用枚舉。

public enum Singleton {
  INSTANCE;
  public String method1() {
    ...
  }
  public int method2() {
    ...
  }
}

線程安全，可序列化，延遲加載等。只有優點！

Answer 6

當第二個線程嘗試調用getIndexUpdater()方法時，它將嘗試獲取所謂的lock ，它是在您使用synchronized關鍵字時為您創建的。 但是由於方法中已經有其他線程，因此它較早獲得了鎖，而其他線程（如第二個線程）必須等待它。

當第一個線程完成其工作時，它將釋放鎖，第二個線程將立即獲取該鎖並進入方法。 綜上所述，使用synchronized總是只允許一個線程進入受保護的塊-非常嚴格的訪問。

Answer 7

靜態同步保證了一次只能有一個線程進入該方法，並且任何其他嘗試訪問此方法的線程（或此類中的任何其他靜態同步方法）都必須等待它完成。

恕我直言，實現單例的最簡單方法是讓枚舉具有一個值

enum Singleton {
    INSTANCE
}

這是線程安全的，並且僅在訪問該類時創建INSTANCE。

Answer 8

一旦您的同步getter方法將返回IndexUpdater實例（無論它是剛剛創建還是已經存在都沒有關系），就可以從另一個線程中調用它。 您應該確保IndexUpdater是線程安全的，以便可以一次從多個線程中調用它，或者應該為每個線程創建一個實例，以使它們不會被共享。