java 、HashMap 和单例

前段时间在项目中遇到一个问题。当多个系统同时运行时，大部分系统能够良好运转，部分却卡死在了启动界面。以下是我解决该问题的步骤和总结：

 

1、复现问题。重新走了一遍出问题的过程，发现问题的确存在。说明这个问题不是偶然发生。

2、看日志。确定问题是必然发生之后，开始查看日志，发现日志中有问题的系统状态一直不正常。一直处于任务过期的状态。一个系统对应一个任务，任务过期之后，系统就处于卡死状态。系统的逻辑是这样的：当启动系统的时候，会发起多个请求，每个请求会产生一个任务，同时将这些任务写到缓存(HashMap)和数据库。任务的状态（包括数据库和缓存）会随着任务的进度而发生改变。

 

 

任务过期意味着该任务已经执行完毕或者从来没有这个任务。

如果说任务已经执行完毕导致这个问题的话，这个是不可能的。因为对于每个任务，当他执行成功或者失败时，垃圾回收器会在15分钟后对任务进行清理。事实上，当我们一开启系统时，就观察到该系统对应的任务在数据库中存在，但是在缓存中却不存在！就是说，当我们从HashMap 中获取相应的任务时，获取到的值是不存在的！为什么获取到的值会不存在呢？这可能有两种原因：

（1）任务根本就没有写入缓存；

（2）任务写入缓存后很快被清理掉了；

但是根据以上的分析，任务被很快清理掉是不可能的。因为至少得在15分钟之后，才能清理。那就只有第一种可能了：任务根本没有写入缓存！

 

开始着手看代码。发现写入缓存的关键一行代码：

MyMap. getInstance().put( taskId, "hello" );

 

继续跟踪MyMap，主要的类相关内容如下：

 

public class MyMap {

     

      private Map<Integer, Object> map = new HashMap<Integer, Object>();

      private Object lock = new Object();

     

      private static MyMap instance = new MyMap();

      private MyMap(){}

      public static MyMap getInstance() {

           if (instance == null) {

               instance = new MyMap();

           }

           return instance ;

      }

      public void put(Integer taskId, String name) {

           synchronized (lock ) {

               map.put(taskId, name);

           }

      }

     

      public Map<Integer, Object> getMap() {

           return map ;

      }

 

}

 

 

该类使用单例模式，使用HashMap来保存所有的任务。每次执行一个任务，都会将这个任务写入缓存。然后根据taskId获取相应的任务。这段代码看起来没有多大问题。

 

但是在高并发的情况下，这个单例是不安全的：

public static MyMap getInstance() {

           if (instance == null) {

               instance = new MyMap();

          }

           return instance ;

     }

 

在多个线程同时请求getInstance时，某个线程，判断instance == null 为true,会继续执行instance = new MyMap(); 

 

这行代码会先new MyMap()，在heap上分配内存空间，然后将instance 指向该内存地址。在instance 未指向该内存空间时，如果其他线程也调用getInstance时，发现instance == null 为真，也会执行new MyMap()。这时，不同的线程拿到的就不是同一个实例了。调用put后，会将不同的数据写入到不同对象对应的map中。所以我们拿到的实例有可能是所有线程共享的实例，也有可能是某些线程共享的实例，当然我们就只能获取到部分数据，另外的数据就丢失了。或者说数据依然在某个内存中，但是我们丢失了指向该数据的引用。所以部分任务就这么丢失了，导致系统处于卡死状态。

 

如何来处理这种不安全的单例呢？

使用两种方式可以解决：

 

（1）给getInstance()方法添加关键字synchronized,保证当前只有一个线程执行该方法。

 

public synchronized static MyMap getInstance() {

           if (instance == null) {

               instance = new MyMap();

           }

           return instance ;

 }

（2）

private static MyMap instance = new MyMap();

private MyMap(){}

public static MyMap getInstance() {

           return instance ;

}

 

第一种方式使用效率较低。第二种方式在类加载时便生成对象。没有使用类的延迟加载。

另外还有两种方式可以实现：内部静态类和双重校验锁（暂且不讨论）。

 

通过这两种方式，即可以解决单例模式的线程安全问题。同时，为了提高效率，将缓存从HashMap改为ConcurrentHashMap.