Java单例与并发

在Java中，单例是一种设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在多线程的环境下，单例模式可能会遇到并发问题。本文将介绍Java中实现单例模式的几种方式，并讨论如何解决并发问题。

单例模式的实现方式

饿汉式

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

饿汉式单例模式在类加载时就创建了实例，因此天生是线程安全的。但是它的缺点是无论是否使用，都会占用内存空间。

懒汉式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

懒汉式单例模式在第一次使用时才创建实例，避免了无效的内存占用。但是在多线程的环境下，可能会出现并发问题，导致创建多个实例。

双重检验锁（Double-Checked Locking）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

双重检验锁通过两次检查实例是否为空，使用了同步代码块来保证线程安全。其中的volatile关键字确保了在多线程环境下的可见性。

并发问题的解决

加锁

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

通过synchronized关键字修饰getInstance()方法，可以保证在同一时刻只有一个线程能够访问该方法，从而避免了并发问题。但是这种方式会降低性能，因为每次调用getInstance()都需要获得锁。

静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

静态内部类的方式既保证了线程安全，又避免了性能问题。只有在第一次调用getInstance()方法时，才会加载SingletonHolder类，从而创建单例实例。

枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // do something
    }
}

枚举方式是最简洁、安全的单例模式实现方式。枚举类型的实例是在类加载时创建的，而且在任何情况下都是线程安全的。

关于计算相关的数学公式

在单例模式的实现中，没有涉及到计算相关的数学公式。

流程图

st=>start: 开始
op1=>operation: 是否instance为空？
cond1=>condition: 是或否？
op2=>operation: 创建instance
op3=>operation: 返回instance
e=>end: 结束

st->op1->cond1
cond1(yes)->op3->e
cond1(no)->op2->op3->e

以上是Java单例与并发的科普文章，我们介绍了几种常见的单例模式实现方式，并讨论了如何解决并发问题。选择合适的实现方式取决于具体的需求和场景。希望本文对你理解Java单例模式的并发问题有所帮助。

参考文献：

  • [Java中的单例模式](
  • [Singleton Design Pattern in Java](