面试题：Java中如何确保线程安全的单例模式

Question

请用Java代码实现一个线程安全的单例模式，并解释其中使用到的确保线程安全的机制。

Answer 1

实现代码

public class Singleton {
    // 使用 volatile 关键字确保可见性和禁止指令重排
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

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

线程安全机制解释

1. volatile关键字：对instance变量使用volatile关键字，保证了该变量的可见性。当一个线程修改了instance的值，其他线程能够立即看到这个修改。同时，volatile还禁止了指令重排优化，确保在instance = new Singleton()这条语句中，不会出现先分配内存空间，然后再初始化对象的情况，避免其他线程在对象未完全初始化时就获取到instance。
2. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）：在getInstance方法中，首先检查instance是否为null，如果不为null，则直接返回instance，避免了不必要的同步开销。当instance为null时，进入synchronized块，再次检查instance是否为null，这是因为可能有多个线程同时通过了第一次null检查，只有一个线程能够进入synchronized块并创建实例，后续线程再次检查时，instance已经不为null，直接返回已创建的实例，从而确保了线程安全。
3. 私有构造函数：将构造函数声明为private，防止外部通过构造函数创建新的实例，保证了单例模式中只有一个实例存在。