深入理解Java单例模式和优化多线程任务处理

单例模式能保证某个类在程序中只存在唯一一份实例, 而不会创建出多个实例，并提供一个全局访问点。

饿汉模式

类加载的同时，创建实例。

class  Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    //将构造方法设为私有，以防止外部通过new关键字创建新的实例。
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
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• 上述代码定义了一个名为Singleton的类。
• 在类中定义了一个私有的静态常量instance,它是Singleton类的一个唯一实例。
• 提供了一个公共的静态方法getInstance(),用于获取Singleton类的唯一实例。

懒汉模式

类加载的时候不创建实例，第一次使用的时候才进行创建。

单线程版

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

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多线程版

上述单线程代码在多线程中就会出现错误，多个线程同时调用getInstance()方法时，就可能导致创建出多个实例是不安全的。这里我们只需要在getInstance()方法中添加synchronized关键字就可解决。

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton() {
    }
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
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双重检查锁定

class Singleton {
    //volatile关键字保证了instance变量在多线程环境下的可见性。
    private static volatile Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null ){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
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双重检查可以这样进行理解：
第一次if先判断实例有没有被创建，如果没被创建就进入第一个if内，使一个线程成功获取锁（其余线程进行阻塞等待），线程获取锁后再次进行判断，判断实例是否创建，没有创建就进行创建。当这个实例创建完了之后，其他竞争到锁的线程就被里层 if 挡住了，也就不会继续创建其他实例。

阻塞队列

阻塞队列能是一种线程安全的数据结构, 并且具有以下特性:

• 当队列满的时候, 继续入队列就会阻塞, 直到有其他线程从队列中取走元素.
• 当队列空的时候, 继续出队列也会阻塞, 直到有其他线程往队列中插入元素.

阻塞队列的一种典型应用场景就是生产者消费者模型。

在 Java 标准库中内置了阻塞队列。 如果我们需要在一些程序中使用阻塞队列，直接使用标准库中的即可。

• BlockingQueue 是一个接口，真正实现的类是 LinkedBlockingQueue
• put 方法用于阻塞式的入队列，take 用于阻塞式的出队列
• BlockingQueue 也有 offer, poll, peek 等方法, 但这些方法不带有阻塞特性

下面我们来实现一个阻塞队列：

• 通过循环队列的方式
• 使用 synchronized 进行加锁控制

public class BlockingQueue {
    private int[] arr = new int[1000];
    private volatile int size = 0;
    private int tail = 0;
    private int head = 0;

    public void put(int value) throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            while (size == arr.length) {
                wait();
            }
            arr[tail] = value;
            tail = (tail + 1) % arr.length;
            size++;
            notifyAll();
        }
    }

    public int take() throws InterruptedException {
        int ret = 0;
        synchronized (this) {
            while (size == 0) {
                wait();
            }
            ret = arr[head];
            head = (head + 1) % arr.length;
            size--;
            notifyAll();
        }
        return ret;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue bq = new BlockingQueue();
        Thread t1 = new Thread(() -> {

            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    bq.put(i);
                    System.out.println("生产者放入：" + i);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(() -> {

            try {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    int num = bq.take();
                    System.out.println("消费者取出：" + num);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
    }
}

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