面試官真是搞笑叼架！讓實現(xiàn)線程安全的單例漓柑，又不讓使用synchronized芹缔！

文章來源于公眾號程序員面試現(xiàn)場鳖宾，作者面試現(xiàn)場

單例模式吼砂，是Java中比較常見的一個設(shè)計模式，也是我在面試時經(jīng)常會問到的一個問題鼎文。

經(jīng)過我的初步統(tǒng)計渔肩，基本上有60%左右的人可以說出2-4種單例的實現(xiàn)方式，有40%左右的人可以說出5-6種單例的實現(xiàn)方式漂问，只有20%左右的人能夠說出7種單例的實現(xiàn)赖瞒。

而只有不到1%的人能夠說出7種以上的單例實現(xiàn)。

其實蚤假，作為面試官栏饮，我大多數(shù)情況下之所以問單例模式，是因為這個題目可以問到很多知識點磷仰。

比如線程安全袍嬉、類加載機制、synchronized的原理灶平、volatile的原理伺通、指令重排與內(nèi)存屏障、枚舉的實現(xiàn)逢享、反射與單例模式罐监、序列化如何破壞單例、CAS瞒爬、CAS的ABA問題弓柱、Threadlocal等知識。

一般情況下侧但，只需要從單例開始問起矢空，大概就可以完成一場面試的整個流程，把我想問的東西都問完禀横，可以比較全面的了解一個面試者的水平屁药。

以下，是一次面試現(xiàn)場的還原柏锄，從單例模式開始：

Q：你知道怎么不使用synchronized和lock實現(xiàn)一個線程安全的單例嗎酿箭？
A：我知道，可以使用"靜態(tài)內(nèi)部類"實現(xiàn)趾娃。

靜態(tài)內(nèi)部類實現(xiàn)單例模式：

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
    return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

Q：除了靜態(tài)內(nèi)部類還會其他的方式嗎缭嫡？
A：還有就是兩種餓漢模式。

餓漢實現(xiàn)單例模式：

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

餓漢變種實現(xiàn)單例模式：

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

Q：那你上面提到的幾種都是線程安全的嗎茫舶？
A：是線程安全的
Q：那是如何做到線程安全的呢械巡？
A：應(yīng)該是因為我使用了static，然后類加載的時候就線程安全了吧？
Q：其實你說的并不完全對讥耗，因為以上幾種雖然沒有直接使用synchronized有勾，但是也是間接用到了。
（這里面根據(jù)回答情況會朝兩個不同的方向展開：1古程、類加載機制蔼卡、模塊化等；2挣磨、繼續(xù)深入問單例模式）

類加載過程的線程安全性保證
以上的靜態(tài)內(nèi)部類雇逞、餓漢等模式均是通過定義靜態(tài)的成員變量，以保證單例對象可以在類初始化的過程中被實例化茁裙。

這其實是利用了ClassLoader的線程安全機制塘砸。ClassLoader的loadClass方法在加載類的時候使用了synchronized關(guān)鍵字。
所以晤锥，除非被重寫掉蔬，這個方法默認在整個裝載過程中都是線程安全的。所以在類加載過程中對象的創(chuàng)建也是線程安全的矾瘾。

Q：那還回到剛開始的問題女轿，你知道怎么不使用synchronized和lock實現(xiàn)一個線程安全的單例嗎？
（并不是故意窮追不舍壕翩，而是希望能可以引發(fā)面試者的更多思考）
A：額蛉迹、、放妈、那枚舉吧北救，枚舉也可以實現(xiàn)單例。

枚舉實現(xiàn)單例模式：

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

Q：那你知道枚舉單例的原理嗎大猛？如何保證線程安全的呢扭倾？
枚舉單例的線程安全問題
枚舉其實底層是依賴Enum類實現(xiàn)的淀零，這個類的成員變量都是static類型的挽绩，并且在靜態(tài)代碼塊中實例化的，和餓漢有點像驾中，所以他天然是線程安全的唉堪。

Q：所以，枚舉其實也是借助了synchronized的肩民，那你知道哪種方式可以完全不使用synchronized的嗎唠亚？
A：en....我想想
Q：（過了一會他好像沒有思路）你知道CAS嗎？使用CAS可以實現(xiàn)單例嗎持痰？
（面試中灶搜，如果面試者對于鎖比較了解的話，那我大多數(shù)情況下都會繼續(xù)朝兩個方向深入問：1、鎖的實現(xiàn)原理割卖；2前酿、非鎖，如CAS鹏溯、ThreadLocal等）
A：哦罢维，我知道，CAS是一項樂觀鎖技術(shù)丙挽，當多個線程嘗試使用CAS同時更新一個變量時肺孵，只有其中一個線程能更新成功。

借助CAS（AtomicReference）實現(xiàn)單例模式：

public class Singleton {
    private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        for (;;) {
            Singleton singleton = INSTANCE.get();
            if (null != singleton) {
                return singleton;
            }

            singleton = new Singleton();
            if (INSTANCE.compareAndSet(null, singleton)) {
                return singleton;
            }
        }
    }
}

Q：使用CAS實現(xiàn)的單例有沒有什么優(yōu)缺點呀颜阐？
A：用CAS的好處在于不需要使用傳統(tǒng)的鎖機制來保證線程安全平窘，CAS是一種基于忙等待的算法，依賴底層硬件的實現(xiàn)凳怨，相對于鎖它沒有線程切換和阻塞的額外消耗初婆，可以支持較大的并行度。
Q：你說的好像是優(yōu)點猿棉？那缺點呢磅叛？

CAS實現(xiàn)的單例的缺點
CAS的一個重要缺點在于如果忙等待一直執(zhí)行不成功(一直在死循環(huán)中)，會對CPU造成較大的執(zhí)行開銷萨赁。

另外弊琴，代碼中，如果N個線程同時執(zhí)行到 singleton = new Singleton();的時候杖爽，會有大量對象被創(chuàng)建敲董，可能導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
Q：好的慰安，除了使用CAS以外腋寨，你還知道有什么辦法可以不使用synchronized實現(xiàn)單例嗎？
A：這回真的不太知道了化焕。
Q：（那我再提醒他一下吧）可以考慮下ThreadLocal萄窜，看看能不能實現(xiàn)？
（面試者沒有思路的時候撒桨，我?guī)缀醵紩茸鲆幌绿嵝巡榭蹋瑢嵲跊]有思路再換下一個問題）
A：ThreadLocal？這也可以嗎凤类？
Q：你先說下你理解的ThreadLocal是什么吧
（通過他的回答穗泵，貌似對這個思路有些疑惑，不著急谜疤。先問一個簡單的問題佃延，讓面試者放松一下现诀，找找自信，然后再繼續(xù)問）

ThreadLoacal
ThreadLocal會為每一個線程提供一個獨立的變量副本履肃，從而隔離了多個線程對數(shù)據(jù)的訪問沖突赶盔。對于多線程資源共享的問題，同步機制(synchronized)采用了“以時間換空間”的方式榆浓，而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式于未。

同步機制僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問陡鹃，而ThreadLocal為每一個線程都提供了一份變量烘浦，因此可以同時訪問而互不影響。
Q：那理論上是不是可以使用ThreadLocal來實現(xiàn)單例呢萍鲸？
A：應(yīng)該也是可行的闷叉。

使用ThreadLocal實現(xiàn)單例模式：

public class Singleton {
     private static final ThreadLocal<Singleton> singleton =
     new ThreadLocal<Singleton>() {
         @Override
         protected Singleton initialValue() {
            return new Singleton();
         }
     };
     public static Singleton getInstance() {
        return singleton.get();
     }
     
     private Singleton() {}
}

Q：嗯嗯，好的脊阴，那有關(guān)單例模式的實現(xiàn)的問題我就問的差不多了握侧。
(ThreadLocal這種寫法主要是考察面試者對于ThreadLocal的理解，以及是否可以把知識活學(xué)活用嘿期，但是實際上品擎，這種所謂的"單例"，其實失去了單例的意義...)
（但是說實話备徐，能回答到這一題的人很少萄传，大多數(shù)面試者基本上在前面幾道題就已經(jīng)沒有思路了，大多數(shù)情況下根本不會問到這個問題就要改方向了）
A：（心中竊喜）嗯嗯蜜猾，學(xué)習到很多秀菱，感謝
Q：那...你知道如何破壞單例嗎？
（單例問題蹭睡，必問的一個衍菱。通過這個引申到序列化和反射的相關(guān)知識）
A：(額....)

面試官真是搞笑巍杈！讓實現(xiàn)線程安全的單例，又不讓使用synchronized扛伍！

面試官真是搞笑筷畦！讓實現(xiàn)線程安全的單例，又不讓使用synchronized刺洒！