面試官真是搞笑!讓實(shí)現(xiàn)線程安全的單例,又不讓使用synchronized!

單例模式，是Java中比較常見的一個(gè)設(shè)計(jì)模式，也是我在面試時(shí)經(jīng)常會(huì)問到的一個(gè)問題。

經(jīng)過我的初步統(tǒng)計(jì)，基本上有60%左右的人可以說出2-4種單例的實(shí)現(xiàn)方式，有40%左右的人可以說出5-6種單例的實(shí)現(xiàn)方式，只有20%左右的人能夠說出7種單例的實(shí)現(xiàn)。
而只有不到1%的人能夠說出7種以上的單例實(shí)現(xiàn)。
其實(shí)，作為面試官，我大多數(shù)情況下之所以問單例模式，是因?yàn)檫@個(gè)題目可以問到很多知識(shí)點(diǎn)。
比如線程安全、類加載機(jī)制、synchronized的原理、volatile的原理、指令重排與內(nèi)存屏障、枚舉的實(shí)現(xiàn)、反射與單例模式、序列化如何破壞單例、CAS、CAS的ABA問題、Threadlocal等知識(shí)。
一般情況下，只需要從單例開始問起，大概就可以完成一場(chǎng)面試的整個(gè)流程，把我想問的東西都問完，可以比較全面的了解一個(gè)面試者的水平。
以下，是一次面試現(xiàn)場(chǎng)的還原，從單例模式開始：
Q：你知道怎么不使用synchronized和lock實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程安全的單例嗎？A：我知道，可以使用"靜態(tài)內(nèi)部類"實(shí)現(xiàn)。
靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)單例模式：

public class Singleton {  private static class SingletonHolder {  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();      }  private Singleton (){}  public static final Singleton getInstance() {  return SingletonHolder.INSTANCE;      }  }

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

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

以上的靜態(tài)內(nèi)部類、餓漢等模式均是通過定義靜態(tài)的成員變量，以保證單例對(duì)象可以在類初始化的過程中被實(shí)例化。

這其實(shí)是利用了ClassLoader的線程安全機(jī)制。ClassLoader的loadClass方法在加載類的時(shí)候使用了synchronized關(guān)鍵字。

所以， 除非被重寫，這個(gè)方法默認(rèn)在整個(gè)裝載過程中都是線程安全的。所以在類加載過程中對(duì)象的創(chuàng)建也是線程安全的。

public enum Singleton {      INSTANCE;      public void whateverMethod() {      }  }

枚舉其實(shí)底層是依賴Enum類實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)類的成員變量都是static類型的，并且在靜態(tài)代碼塊中實(shí)例化的，和餓漢有點(diǎn)像， 所以他天然是線程安全的。

public class Singleton {private static final AtomicReference INSTANCE = new AtomicReference();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {for (;;) {            Singleton singleton = INSTANCE.get();if (null != singleton) {return singleton;            }
            singleton = new Singleton();if (INSTANCE.compareAndSet(null, singleton)) {return singleton;            }        }    }}

CAS的一個(gè)重要缺點(diǎn)在于如果忙等待一直執(zhí)行不成功(一直在死循環(huán)中)，會(huì)對(duì)CPU造成較大的執(zhí)行開銷。

另外，代碼中，如果N個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行到 singleton = new Singleton();的時(shí)候，會(huì)有大量對(duì)象被創(chuàng)建，可能導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

ThreadLocal會(huì)為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)的訪問沖突。對(duì)于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制(synchronized)采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。

同步機(jī)制僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而ThreadLocal為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。

public class Singleton {private static final ThreadLocal singleton =new ThreadLocal() {@Overrideprotected Singleton initialValue() {return new Singleton();         }     };public static Singleton getInstance() {return singleton.get();     }
private Singleton() {}}

長按關(guān)注，還原真實(shí)面試現(xiàn)場(chǎng)