Java中單例(Singleton)模式是一種廣泛使用的設(shè)計(jì)模式筋夏。單例模式的主要作用是保證在Java程序中觉阅，某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例存在骚腥。一些管理器和控制器常被設(shè)計(jì)成單例模式咧栗。
單例模式有很多好處蒜绽，它能夠避免實(shí)例對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建司顿，不僅可以減少每次創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)間開(kāi)銷秀撇，還可以節(jié)約內(nèi)存空間；能夠避免由于操作多個(gè)實(shí)例導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤抡秆。如果一個(gè)對(duì)象有可能貫穿整個(gè)應(yīng)用程序，而且起到了全局統(tǒng)一管理控制的作用吟策，那么單例模式也許是一個(gè)值得考慮的選擇儒士。
1、餓漢模式
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton newInstance(){
return instance;
}
}
從代碼中我們看到檩坚，類的構(gòu)造函數(shù)定義為private的着撩，保證其他類不能實(shí)例化此類，然后提供了一個(gè)靜態(tài)實(shí)例并返回給調(diào)用者效床。餓漢模式是最簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn)方式睹酌，餓漢模式在類加載的時(shí)候就對(duì)實(shí)例進(jìn)行創(chuàng)建，實(shí)例在整個(gè)程序周期都存在剩檀。它的好處是只在類加載的時(shí)候創(chuàng)建一次實(shí)例憋沿，不會(huì)存在多個(gè)線程創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例的情況，避免了多線程同步的問(wèn)題沪猴。它的缺點(diǎn)也很明顯辐啄，即使這個(gè)單例沒(méi)有用到也會(huì)被創(chuàng)建，而且在類加載之后就被創(chuàng)建运嗜，內(nèi)存就被浪費(fèi)了壶辜。
這種實(shí)現(xiàn)方式適合單例占用內(nèi)存比較小，在初始化時(shí)就會(huì)被用到的情況担租。但是砸民，如果單例占用的內(nèi)存比較大，或單例只是在某個(gè)特定場(chǎng)景下才會(huì)用到奋救，使用餓漢模式就不合適了岭参，這時(shí)候就需要用到懶漢模式進(jìn)行延遲加載。
2尝艘、懶漢模式
public class Singleton{
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton newInstance(){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懶漢模式中單例是在需要的時(shí)候才去創(chuàng)建的演侯，如果單例已經(jīng)創(chuàng)建，再次調(diào)用獲取接口將不會(huì)重新創(chuàng)建新的對(duì)象背亥，而是直接返回之前創(chuàng)建的對(duì)象秒际。如果某個(gè)單例使用的次數(shù)少，并且創(chuàng)建單例消耗的資源較多狡汉，那么就需要實(shí)現(xiàn)單例的按需創(chuàng)建娄徊，這個(gè)時(shí)候使用懶漢模式就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是這里的懶漢模式并沒(méi)有考慮線程安全問(wèn)題盾戴，在多個(gè)線程可能會(huì)并發(fā)調(diào)用它的getInstance()方法寄锐，導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，因此需要加鎖解決線程同步問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)如下锐峭。
加同步鎖
public class Singleton{
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton newInstance(){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
3、雙重校驗(yàn)鎖
加鎖的懶漢模式看起來(lái)即解決了線程并發(fā)問(wèn)題可婶，又實(shí)現(xiàn)了延遲加載沿癞，然而它存在著性能問(wèn)題，依然不夠完美矛渴。synchronized修飾的同步方法比一般方法要慢很多椎扬，如果多次調(diào)用getInstance()，累積的性能損耗就比較大了具温。因此就有了雙重校驗(yàn)鎖蚕涤，先看下它的實(shí)現(xiàn)代碼。
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {//2
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
可以看到上面在同步代碼塊外多了一層instance為空的判斷铣猩。由于單例對(duì)象只需要?jiǎng)?chuàng)建一次揖铜，如果后面再次調(diào)用getInstance()只需要直接返回單例對(duì)象。因此达皿，大部分情況下天吓，調(diào)用getInstance()都不會(huì)執(zhí)行到同步代碼塊，從而提高了程序性能峦椰。不過(guò)還需要考慮一種情況龄寞，假如兩個(gè)線程A、B汤功，A執(zhí)行了if (instance == null)語(yǔ)句物邑，它會(huì)認(rèn)為單例對(duì)象沒(méi)有創(chuàng)建，此時(shí)線程切到B也執(zhí)行了同樣的語(yǔ)句滔金，B也認(rèn)為單例對(duì)象沒(méi)有創(chuàng)建色解，然后兩個(gè)線程依次執(zhí)行同步代碼塊，并分別創(chuàng)建了一個(gè)單例對(duì)象鹦蠕。為了解決這個(gè)問(wèn)題冒签，還需要在同步代碼塊中增加if (instance == null)語(yǔ)句，也就是上面看到的代碼2钟病。
我們看到雙重校驗(yàn)鎖即實(shí)現(xiàn)了延遲加載萧恕，又解決了線程并發(fā)問(wèn)題，同時(shí)還解決了執(zhí)行效率問(wèn)題肠阱，是否真的就萬(wàn)無(wú)一失了呢票唆？
這里要提到Java中的指令重排優(yōu)化。所謂指令重排優(yōu)化是指在不改變?cè)Z(yǔ)義的情況下屹徘，通過(guò)調(diào)整指令的執(zhí)行順序讓程序運(yùn)行的更快走趋。JVM中并沒(méi)有規(guī)定編譯器優(yōu)化相關(guān)的內(nèi)容，也就是說(shuō)JVM可以自由的進(jìn)行指令重排序的優(yōu)化噪伊。
這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵就在于由于指令重排優(yōu)化的存在簿煌，導(dǎo)致初始化Singleton和將對(duì)象地址賦給instance字段的順序是不確定的氮唯。在某個(gè)線程創(chuàng)建單例對(duì)象時(shí)，在構(gòu)造方法被調(diào)用之前姨伟，就為該對(duì)象分配了內(nèi)存空間并將對(duì)象的字段設(shè)置為默認(rèn)值惩琉。此時(shí)就可以將分配的內(nèi)存地址賦值給instance字段了，然而該對(duì)象可能還沒(méi)有初始化夺荒。若緊接著另外一個(gè)線程來(lái)調(diào)用getInstance瞒渠，取到的就是狀態(tài)不正確的對(duì)象，程序就會(huì)出錯(cuò)技扼。
以上就是雙重校驗(yàn)鎖會(huì)失效的原因伍玖，不過(guò)還好在JDK1.5及之后版本增加了volatile關(guān)鍵字。volatile的一個(gè)語(yǔ)義是禁止指令重排序優(yōu)化剿吻，也就保證了instance變量被賦值的時(shí)候?qū)ο笠呀?jīng)是初始化過(guò)的窍箍，從而避免了上面說(shuō)到的問(wèn)題。代碼如下：
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
4和橙、枚舉
再來(lái)看本文要介紹的最后一種實(shí)現(xiàn)方式：枚舉
public enum Singleton{
instance;
public void whateverMethod(){
}
}
上面提到的單例的方式都有共同的缺點(diǎn)：
1）需要額外的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)序列化仔燕，否則每次反序列化一個(gè)序列化的對(duì)象時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例。
2）可以使用反射強(qiáng)行調(diào)用私有構(gòu)造器（如果要避免這種情況魔招，可以修改構(gòu)造器晰搀，讓它在創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)例的時(shí)候拋異常）。
而枚舉類很好的解決了這兩個(gè)問(wèn)題办斑，使用枚舉除了線程安全和防止反射調(diào)用構(gòu)造器之外外恕，還提供了自動(dòng)序列化機(jī)制，防止反序列化的時(shí)候創(chuàng)建新的對(duì)象乡翅。因此鳞疲，《Effective Java》作者推薦使用的方法。不過(guò)蠕蚜，在實(shí)際工作中尚洽，很少看見(jiàn)有人這么寫。
禮物就不必了靶累，小心心走一個(gè)
