Java Singleton và Đồng bộ hóa

Vui lòng làm rõ các truy vấn của tôi liên quan đến Singleton và Đa luồng:

• Cách tốt nhất để triển khai Singleton trong Java, trong môi trường đa luồng là gì?
• Điều gì xảy ra khi nhiều chủ đề cố gắng truy cập getInstance() phương thức cùng một lúc?
• Chúng ta có thể tạo ra singleton getInstance() synchronizedkhông?
• Đồng bộ hóa có thực sự cần thiết khi sử dụng các lớp Singleton không?

Vâng, nó là cần thiết. Có một số phương pháp bạn có thể sử dụng để đạt được sự an toàn của chuỗi với khởi tạo lười biếng:

Đồng bộ hóa hà khắc:

private static YourObject instance;

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

Giải pháp này yêu cầu mọi luồng phải được đồng bộ trong khi thực tế chỉ cần một vài luồng đầu tiên.

Kiểm tra kỹ đồng bộ hóa :

private static final Object lock = new Object();
private static volatile YourObject instance;

public static YourObject getInstance() {
    YourObject r = instance;
    if (r == null) {
        synchronized (lock) {    // While we were waiting for the lock, another 
            r = instance;        // thread may have instantiated the object.
            if (r == null) {  
                r = new YourObject();
                instance = r;
            }
        }
    }
    return r;
}

Giải pháp này đảm bảo rằng chỉ một số luồng đầu tiên cố gắng lấy được singleton của bạn phải trải qua quá trình lấy được khóa.

Khởi tạo theo yêu cầu :

private static class InstanceHolder {
    private static final YourObject instance = new YourObject();
}

public static YourObject getInstance() {
    return InstanceHolder.instance;
}

Giải pháp này tận dụng các đảm bảo của mô hình bộ nhớ Java về khởi tạo lớp để đảm bảo an toàn luồng. Mỗi lớp chỉ có thể được tải một lần và nó sẽ chỉ được tải khi cần thiết. Điều đó có nghĩa là lần đầu tiên getInstanceđược gọi, InstanceHoldersẽ được tải và instancesẽ được tạo, và vì điều này được kiểm soát bởi ClassLoaders nên không cần đồng bộ hóa bổ sung.

Mẫu này thực hiện khởi tạo lười biếng an toàn luồng của phiên bản mà không cần đồng bộ hóa rõ ràng!

public class MySingleton {

     private static class Loader {
         static final MySingleton INSTANCE = new MySingleton();
     }

     private MySingleton () {}

     public static MySingleton getInstance() {
         return Loader.INSTANCE;
     }
}

Nó hoạt động vì nó sử dụng trình nạp lớp để thực hiện tất cả quá trình đồng bộ hóa miễn phí cho bạn: Lớp MySingleton.Loaderđược truy cập lần đầu tiên bên trong getInstance()phương thức, vì vậy Loaderlớp sẽ tải khi getInstance()được gọi lần đầu tiên. Hơn nữa, trình nạp lớp đảm bảo rằng tất cả quá trình khởi tạo tĩnh hoàn tất trước khi bạn có quyền truy cập vào lớp - đó là điều mang lại cho bạn sự an toàn về luồng.

Nó giống như phép thuật.

Nó thực sự rất giống với mẫu enum của Jhurtado, nhưng tôi thấy mẫu enum là một sự lạm dụng của khái niệm enum (mặc dù nó hoạt động)

Nếu bạn đang làm việc trên môi trường đa luồng trong Java và cần đảm bảo rằng tất cả các luồng đó đang truy cập vào một thể hiện duy nhất của một lớp, bạn có thể sử dụng Enum. Điều này sẽ có thêm lợi thế là giúp bạn xử lý tuần tự hóa.

public enum Singleton {
    SINGLE;
    public void myMethod(){  
    }
}

và sau đó chỉ cần các chủ đề của bạn sử dụng phiên bản của bạn như:

Singleton.SINGLE.myMethod();

Có, bạn cần phải thực hiện getInstance()đồng bộ hóa. Nếu không, có thể phát sinh một tình huống trong đó nhiều phiên bản của lớp có thể được thực hiện.

Hãy xem xét trường hợp bạn có hai luồng gọi getInstance()cùng một lúc. Bây giờ hãy tưởng tượng T1 thực thi vừa qua instance == nullkiểm tra, và sau đó T2 chạy. Tại thời điểm này, cá thể không được tạo hoặc thiết lập, vì vậy T2 sẽ vượt qua kiểm tra và tạo cá thể. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng việc thực thi chuyển trở lại T1. Bây giờ singleton đã được tạo, nhưng T1 đã thực hiện kiểm tra! Nó sẽ tiến hành tạo lại đối tượng! Làm cho getInstance()đồng bộ hóa ngăn chặn vấn đề này.

Có một số cách để làm cho các chuỗi đơn an toàn, nhưng làm cho getInstance()đồng bộ hóa có lẽ là cách đơn giản nhất.

Enum singleton

Cách đơn giản nhất để triển khai Singleton an toàn cho luồng là sử dụng Enum

public enum SingletonEnum {
  INSTANCE;
  public void doSomething(){
    System.out.println("This is a singleton");
  }
}

Mã này hoạt động kể từ khi giới thiệu Enum trong Java 1.5

Đã kiểm tra lại khóa

Nếu bạn muốn mã một singleton “cổ điển” hoạt động trong môi trường đa luồng (bắt đầu từ Java 1.5), bạn nên sử dụng cái này.

public class Singleton {

  private static volatile Singleton instance = null;

  private Singleton() {
  }

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

Điều này không an toàn theo chuỗi trước 1.5 vì việc triển khai từ khóa biến động là khác nhau.

Tải sớm Singleton (hoạt động ngay cả trước Java 1.5)

Việc triển khai này khởi tạo singleton khi lớp được tải và cung cấp sự an toàn cho luồng.

public class Singleton {

  private static final Singleton instance = new Singleton();

  private Singleton() {
  }

  public static Singleton getInstance() {
    return instance;
  }

  public void doSomething(){
    System.out.println("This is a singleton");
  }

}

Bạn cũng có thể sử dụng khối mã tĩnh để khởi tạo phiên bản khi tải lớp và ngăn chặn các vấn đề đồng bộ hóa luồng.

public class MySingleton {

  private static final MySingleton instance;

  static {
     instance = new MySingleton();
  }

  private MySingleton() {
  }

  public static MySingleton getInstance() {
    return instance;
  }

}

Cách tốt nhất để triển khai Singleton trong Java, trong môi trường đa luồng là gì?

Tham khảo bài đăng này để biết cách tốt nhất để triển khai Singleton.

Cách hiệu quả để triển khai một mẫu singleton trong Java là gì?

Điều gì xảy ra khi nhiều luồng cố gắng truy cập phương thức getInstance () cùng một lúc?

Nó phụ thuộc vào cách bạn đã triển khai phương pháp. Nếu bạn sử dụng khóa kép mà không có biến biến động, bạn có thể nhận được đối tượng Singleton được xây dựng một phần.

Tham khảo câu hỏi này để biết thêm chi tiết:

Tại sao dễ bay hơi được sử dụng trong ví dụ này về khóa được kiểm tra hai lần

Chúng ta có thể đồng bộ hóa getInstance () của singleton không?

Đồng bộ hóa có thực sự cần thiết khi sử dụng các lớp Singleton không?

Không bắt buộc nếu bạn triển khai Singleton theo những cách dưới đây

1. nhập tĩnh
2. enum
3. LazyInitalaization với Initialization-on-demand_holder_idiom

Tham khảo câu hỏi này để biết thêm chi tiết

Mẫu thiết kế Java Singleton: Câu hỏi

public class Elvis { 
   public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
   private Elvis () {...}
 }

Nguồn: Java hiệu quả -> Mục 2

Nó gợi ý sử dụng nó, nếu bạn chắc chắn rằng lớp đó sẽ luôn là singleton.