При разработке программного обеспечения шаблон Singleton — это шаблон проектирования, который ограничивает создание экземпляра класса одним объектом. Этот шаблон обычно используется, когда для управления действиями во всей системе требуется только один экземпляр класса. Однако в многопоточной среде создание одноэлементного объекта может привести к проблемам с синхронизацией и производительностью. Именно здесь в игру вступает концепция «блокировки с двойной проверкой».

Понимание синглтона.
Прежде чем углубиться в блокировку с двойной проверкой, давайте кратко рассмотрим шаблон синглтона. В своей простейшей форме класс Singleton имеет частный конструктор и статический метод, который возвращает единственный экземпляр класса. При первом вызове метода создается новый экземпляр класса, а последующие вызовы возвращают тот же экземпляр.

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {
        // Private constructor to prevent external instantiation
    }
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

Проблема многопоточности.
В многопоточной среде одновременный доступ к методу getInstance()может привести к созданию нескольких экземпляров класса Singleton. Эта проблема возникает, когда два или более потоков одновременно входят в состояние if (instance == null), что приводит к созданию нескольких объектов.

Подход блокировки с двойной проверкой.
Для решения проблемы многопоточности и повышения производительности был введен метод блокировки с двойной проверкой. Он предполагает использование дополнительной проверки внутри синхронизированного блока, чтобы гарантировать, что только один поток может создать экземпляр.

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {
        // Private constructor to prevent external instantiation
    }
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

В подходе с двойной проверкой блокировки первая проверка if (instance == null)выполняется вне синхронизированного блока, что позволяет нескольким потокам проходить без дополнительных затрат на синхронизацию. Однако, как только поток определяет, что экземпляр имеет значение NULL, он входит в синхронизированный блок, чтобы гарантировать, что экземпляр создаст только один поток.

Преимущества и особенности.
Блокировка с двойной проверкой обеспечивает значительное повышение производительности по сравнению с традиционными методами синхронизации. Разрешая нескольким потокам пропускать блок синхронизации после первоначальной проверки, можно свести к минимуму ненужные блокировки и конфликты потоков.

Однако стоит отметить, что блокировка с двойной проверкой эффективна только при использовании с изменчивой переменной. Без ключевого слова volatileмодель памяти Java не обеспечивает достаточно надежных гарантий видимости изменений между потоками, что потенциально может привести к тонким ошибкам.

Блокировка с двойной проверкой в ​​Singleton — это метод, сочетающий ленивую инициализацию с эффективной многопоточностью. Позволяя нескольким потокам обходить блок синхронизации, когда экземпляр уже создан, это повышает производительность, сохраняя при этом правильность шаблона Singleton.

Подводя итог, можно сказать, что блокировка с двойной проверкой — это ценный подход для создания одноэлементных объектов в многопоточной среде. Он уравновешивает необходимость синхронизации с оптимизацией производительности, гарантируя, что создается только один экземпляр класса Singleton независимо от количества обращающихся к нему потоков.