面试题：TypeScript单例模式静态成员的线程安全与性能优化

Question

在多线程环境下（假设TypeScript运行在支持多线程的环境中），如何保证使用静态成员实现的单例模式是线程安全的？同时，从性能角度出发，如何优化单例类中静态成员的访问和初始化过程？请详细阐述并给出代码示例。

Answer 1

保证线程安全的单例模式

1. 使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）
   • 双重检查锁定机制可以在保证线程安全的同时，尽量减少不必要的同步开销。在第一次检查时，如果实例已经存在，就不需要进入同步块，从而提高性能。
   • 代码示例（假设TypeScript运行在支持多线程的环境下，使用类似Java的同步语法模拟）：

class Singleton {
    private static instance: Singleton;
    private constructor() {}
    public static getInstance(): Singleton {
        if (!Singleton.instance) {
            synchronized(Singleton.class) {
                if (!Singleton.instance) {
                    Singleton.instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return Singleton.instance;
    }
}

2. 使用静态初始化块
   • 在类加载时就初始化单例实例，Java中类加载过程是线程安全的，TypeScript虽然原生不支持多线程，但假设在支持多线程环境下可类比。
   • 代码示例：

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

性能优化

1. 延迟初始化
   • 使用双重检查锁定方式实现延迟初始化，只有在真正需要使用单例实例时才进行初始化，避免在程序启动时就初始化所有可能用到的单例，从而节省内存和启动时间。上述双重检查锁定的代码示例就是延迟初始化的一种实现。
2. 减少同步开销
   • 如双重检查锁定中，外层的非同步检查可以减少进入同步块的次数。只有在第一次检查发现实例为null时才进入同步块进行初始化，这样大部分情况下（实例已存在时）无需同步操作，提高了并发性能。
3. 使用静态常量优化访问
   • 如果单例类中的静态成员是常量（即不会改变的值），可以将其定义为const。这样在编译时就会确定其值，访问时无需动态查找，提高访问效率。例如：

class Singleton {
    private static readonly CONSTANT_VALUE: number = 42;
    // 其他代码...
}

在使用Singleton.CONSTANT_VALUE时，由于是常量，访问速度会更快。