面试官你知道单例模式吗如果多线程环境下怎么保证线程安全很多人回答“加 synchronized 就行。”但是面试官继续追问“为什么还需要 volatile”“不用 volatile 会有什么问题”如果答不上来说明你只是会写代码并没有理解 JVM 底层原理。今天我们深入理解volatile 和 synchronized 如何实现双重检查锁单例模式Double Check LockDCL。一、什么是单例模式单例模式Singleton Pattern保证一个类在整个应用中只创建一个实例并提供一个全局访问入口。例如Singletons1Singleton.getInstance();Singletons2Singleton.getInstance();希望s1 | ↓ 同一个对象 ↑ | s2两个变量指向同一个对象。二、最简单的单例写法有什么问题很多初学者会这样写publicclassSingleton{privatestaticSingletoninstance;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(instancenull){instancenewSingleton();}returninstance;}}看起来没问题。但是在多线程环境假设两个线程同时调用线程A 线程B getInstance() getInstance() 判断 instance null 判断 instance null 创建对象 创建对象 返回对象A 返回对象B结果出现两个对象单例失败。三、使用 synchronized 解决线程安全问题我们给创建对象部分加锁publicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){if(instancenull){instancenewSingleton();}returninstance;}这样线程A进入方法 ↓ 获取锁 ↓ 创建对象 ↓ 释放锁 线程B才能进入保证同一时间只有一个线程创建对象。但是新的问题出现synchronized 性能问题每次调用Singleton.getInstance();都需要获取锁 ↓ 检查 ↓ 返回 ↓ 释放锁可是对象创建一次之后instance!null后面的线程根本不需要加锁。所以性能不好。四、什么是双重检查锁DCL于是出现Double Check Lock双重检查锁代码publicclassSingleton{privatevolatilestaticSingletoninstance;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){// 第一次检查if(instancenull){synchronized(Singleton.class){// 第二次检查if(instancenull){instancenewSingleton();}}}returninstance;}}这个就是 Java 中经典的高性能单例实现。五、为什么需要两次 if 判断第一次判断if(instancenull)作用减少加锁次数提高性能。如果对象已经存在instance!null直接返回。不用进入synchronized第二次判断进入锁之后synchronized(Singleton.class){if(instancenull){instancenewSingleton();}}作用防止多个线程同时创建对象。例如线程A进入锁 创建对象线程B等待锁当线程B获得锁第一次判断已经通过。但是需要再次判断if(instancenull)发现instance已经存在不会重复创建。六、重点来了为什么还需要 volatile很多人认为有 synchronized 就够了为什么还需要 volatile这是面试高频问题。原因对象创建不是一步完成代码instancenewSingleton();看起来是一行。实际上 JVM 大概分三步第一步分配内存给对象分配空间第二步初始化对象执行构造方法第三步让 instance 指向对象instance 内存地址正常分配内存 ↓ 初始化对象 ↓ instance指向对象但是 JVM 为了优化可能发生指令重排序变成分配内存 ↓ instance指向对象 ↓ 初始化对象问题来了线程A执行instancenewSingleton();但是对象还没有初始化完成。线程B执行if(instance!null)发现instance不是null直接返回。但是拿到的是一个还没有初始化完成的对象。可能导致程序异常。七、volatile 解决什么问题volatileprivatevolatilestaticSingletoninstance;解决两个问题1. 禁止指令重排序保证分配内存 ↓ 初始化对象 ↓ 引用赋值不会乱序。2. 保证线程可见性例如线程A修改instancenewSingleton();其他线程能够立即看到。所以volatile 防止拿到半初始化对象八、volatile 和 synchronized 分别负责什么一句话记忆关键字作用synchronized保证同一时间只有一个线程创建对象volatile保证对象创建过程正确并保证变量可见性简单理解synchronized 防止创建多个对象 volatile 防止拿到错误对象九、完整生产级代码publicclassSingleton{privatevolatilestaticSingletoninstance;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(instancenull){synchronized(Singleton.class){if(instancenull){instancenewSingleton();}}}returninstance;}}十、面试最终回答30秒版本如果面试官问volatile 和 synchronized 如何实现单例模式可以回答通常使用双重检查锁 DCL 实现。synchronized 保证对象创建过程只有一个线程执行避免多线程情况下创建多个实例volatile 用来禁止 JVM 指令重排序并保证 instance 对其他线程立即可见防止其他线程获取到未初始化完成的对象。两者结合实现线程安全且性能较高的单例模式。总结单例模式真正难的不是代码privatevolatilestaticSingletoninstance;而是理解背后的 JVM 原理synchronized ↓ 保证线程安全 volatile ↓ 保证内存可见性 防止指令重排序 两者结合 ↓ 高性能线程安全单例这也是 Java 后端面试中非常经典的并发问题。掌握它不仅能回答单例模式还能体现你对JVM、并发编程、Java 内存模型JMM的理解。
