Java Singleton und Synchronisation

Bitte klären Sie meine Fragen zu Singleton und Multithreading:

• Was ist der beste Weg, um Singleton in Java in einer Multithread-Umgebung zu implementieren?
• Was passiert, wenn mehrere Threads gleichzeitig versuchen, auf die getInstance() Methode zuzugreifen ?
• Können wir Singletons machen getInstance() synchronized?
• Wird bei Verwendung von Singleton-Klassen wirklich eine Synchronisierung benötigt?

Ja, das ist notwendig. Es gibt verschiedene Methoden, mit denen Sie die Thread-Sicherheit mit verzögerter Initialisierung erreichen können:

Drakonische Synchronisation:

private static YourObject instance;

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

Diese Lösung erfordert, dass jeder Thread synchronisiert wird, obwohl dies in Wirklichkeit nur die ersten sein müssen.

Überprüfen Sie die Synchronisation :

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;
}

Diese Lösung stellt sicher, dass nur die ersten Threads, die versuchen, Ihren Singleton zu erwerben, den Prozess des Erwerbs der Sperre durchlaufen müssen.

Initialisierung auf Abruf :

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

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

Diese Lösung nutzt die Garantien des Java-Speichermodells für die Klasseninitialisierung, um die Thread-Sicherheit zu gewährleisten. Jede Klasse kann nur einmal geladen werden und wird nur geladen, wenn sie benötigt wird. Das heißt, das erste Mal getInstancewird aufgerufen, InstanceHoldergeladen und instanceerstellt, und da dies von ClassLoaders gesteuert wird , ist keine zusätzliche Synchronisation erforderlich.

Dieses Muster führt eine thread-sichere Lazy-Initialisierung der Instanz ohne explizite Synchronisation durch!

public class MySingleton {

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

     private MySingleton () {}

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

Es funktioniert, weil es den Klassenlader verwendet, um die gesamte Synchronisation für Sie kostenlos durchzuführen: Auf die Klasse MySingleton.Loaderwird zuerst innerhalb der getInstance()Methode zugegriffen , sodass die LoaderKlasse geladen wird, wenn getInstance()sie zum ersten Mal aufgerufen wird. Darüber hinaus garantiert der Klassenladeprogramm, dass alle statischen Initialisierungen abgeschlossen sind, bevor Sie Zugriff auf die Klasse erhalten - das gibt Ihnen Thread-Sicherheit.

Es ist wie Magie.

Es ist dem Aufzählungsmuster von Jhurtado eigentlich sehr ähnlich, aber ich finde das Aufzählungsmuster ein Missbrauch des Aufzählungskonzepts (obwohl es funktioniert)

Wenn Sie in einer Multithread-Umgebung in Java arbeiten und sicherstellen müssen, dass alle diese Threads auf eine einzelne Instanz einer Klasse zugreifen, können Sie eine Aufzählung verwenden. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass Sie die Serialisierung leichter handhaben können.

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

und dann lassen Sie einfach Ihre Threads Ihre Instanz wie folgt verwenden:

Singleton.SINGLE.myMethod();

Ja, Sie müssen getInstance()synchronisieren. Wenn dies nicht der Fall ist, kann es vorkommen, dass mehrere Instanzen der Klasse erstellt werden können.

Stellen Sie sich den Fall vor, in dem zwei Threads gleichzeitig aufgerufen getInstance()werden. Stellen Sie sich nun vor, T1 wird kurz nach der instance == nullPrüfung ausgeführt, und dann wird T2 ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Instanz nicht erstellt oder festgelegt, sodass T2 die Prüfung besteht und die Instanz erstellt. Stellen Sie sich nun vor, die Ausführung wechselt zurück zu T1. Jetzt wird der Singleton erstellt, aber T1 hat die Prüfung bereits durchgeführt! Es wird fortfahren, das Objekt erneut zu erstellen! Das getInstance()Synchronisieren verhindert dieses Problem.

Es gibt einige Möglichkeiten, Singletons threadsicher zu machen, aber die getInstance()Synchronisierung ist wahrscheinlich die einfachste.

Enum Singleton

Der einfachste Weg, einen Singleton zu implementieren, der threadsicher ist, ist die Verwendung einer Aufzählung

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

Dieser Code funktioniert seit der Einführung von Enum in Java 1.5

Doppelte Verriegelung

Wenn Sie einen „klassischen“ Singleton codieren möchten, der in einer Multithread-Umgebung (ab Java 1.5) funktioniert, sollten Sie diesen verwenden.

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 ;
  }
}

Dies ist vor 1.5 nicht threadsicher, da die Implementierung des flüchtigen Schlüsselworts anders war.

Frühes Laden von Singleton (funktioniert bereits vor Java 1.5)

Diese Implementierung instanziiert den Singleton beim Laden der Klasse und bietet Thread-Sicherheit.

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");
  }

}

Sie können auch einen statischen Codeblock verwenden, um die Instanz beim Laden der Klasse zu instanziieren und Probleme mit der Thread-Synchronisierung zu vermeiden.

public class MySingleton {

  private static final MySingleton instance;

  static {
     instance = new MySingleton();
  }

  private MySingleton() {
  }

  public static MySingleton getInstance() {
    return instance;
  }

}

Was ist der beste Weg, um Singleton in Java in einer Multithread-Umgebung zu implementieren?

In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie Singleton am besten implementieren können.

Was ist ein effizienter Weg, um ein Singleton-Muster in Java zu implementieren?

Was passiert, wenn mehrere Threads gleichzeitig versuchen, auf die Methode getInstance () zuzugreifen?

Dies hängt davon ab, wie Sie die Methode implementiert haben. Wenn Sie die doppelte Sperre ohne flüchtige Variable verwenden, erhalten Sie möglicherweise ein teilweise erstelltes Singleton-Objekt.

Weitere Informationen finden Sie in dieser Frage:

Warum wird in diesem Beispiel der doppelt überprüften Verriegelung flüchtig verwendet?

Können wir getInstance () von Singleton synchronisieren?

Wird bei Verwendung von Singleton-Klassen wirklich eine Synchronisierung benötigt?

Nicht erforderlich, wenn Sie den Singleton wie folgt implementieren

1. statische Intitalisierung
2. Aufzählung
3. LazyInitalaization mit Initialization-on-Demand_holder_idiom

Weitere Informationen finden Sie in dieser Frage

Java Singleton Design Pattern: Fragen

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

Quelle: Effektives Java -> Punkt 2

Es wird empfohlen, es zu verwenden, wenn Sie sicher sind, dass die Klasse immer Singleton bleibt.