Java synchronized 单例模式

在Java编程中，单例模式是一种常用的设计模式，它保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在多线程环境下，使用单例模式需要考虑线程安全性，否则可能导致多个线程同时创建多个实例。Java中的synchronized关键字可以用于实现线程安全的单例模式。

单例模式简介

单例模式是一种创建型设计模式，它通过限制类的实例化次数来保证在程序运行期间只有一个实例存在。单例模式一般包含以下几个要素：

  • 私有的构造方法：通过私有化构造方法，防止外部代码创建类的实例。
  • 私有的静态变量：用于存储类的唯一实例。
  • 公共的静态方法：提供对类实例的全局访问点。

在多线程环境下，普通的单例模式可能引发线程安全问题，即多个线程同时通过公共的静态方法获取实例时可能创建出多个实例。为了解决这个问题，可以使用synchronized关键字来保证线程安全性。

Java中的synchronized关键字

synchronized关键字是Java中用于实现线程互斥的一种机制。它可以应用于方法和代码块，用于保证在同一时间只有一个线程执行被synchronized修饰的代码。

使用synchronized关键字有两种方式：

  1. 修饰方法：在方法声明中添加synchronized关键字。
  2. 修饰代码块：使用synchronized关键字包裹需要同步的代码块。

当一个线程访问一个对象的synchronized方法或代码块时，其他线程必须等待，直到当前线程执行完毕释放锁。

使用synchronized实现线程安全的单例模式

在Java中，可以使用synchronized关键字保证线程安全的单例模式。下面是一个使用synchronized实现的简单示例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造方法
    }

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

在上面的示例中，getInstance()方法被synchronized修饰，确保同一时间只有一个线程能够执行这段代码。这样可以有效避免在多线程环境下创建多个实例的问题。

序列图

下面是一个使用mermaid语法绘制的序列图，展示了多线程环境下如何使用synchronized关键字实现线程安全的单例模式。

sequenceDiagram
    participant Thread1
    participant Thread2
    participant Singleton

    Thread1->>Singleton: getInstance()
    activate Singleton
    Singleton-->>Thread1: 返回实例
    deactivate Singleton

    Thread2->>Singleton: getInstance()
    activate Singleton
    Singleton-->>Thread2: 返回实例
    deactivate Singleton

总结

Java中的synchronized关键字可以用于实现线程安全的单例模式。通过将synchronized修饰符应用于获取单例实例的方法，可以保证在多线程环境下只有一个实例被创建。但是，使用synchronized关键字会引入一定的性能开销，并且在高并发环境下可能导致性能问题。因此，在实际应用中，还可以使用其他方式，如双重检查锁定（double-checked locking）等，来提高单例模式的性能。

参考资料：

  • [Java synchronized keyword](
  • [Java Singleton Design Pattern](