1. 單例模式的實(shí)現(xiàn)方式
1.1. 餓漢模式
// 最簡單的單例實(shí)現(xiàn)
public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
// 餓漢模式的一種變種
public class Singleton {
private static Singleton instance;
static {
instance = new Singleton();
}
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
上面兩種實(shí)現(xiàn)方式的思想其實(shí)是一樣的陪拘，就是在類加載的時(shí)候?qū)嵗粋€(gè)對象茬底，這樣避免了線程安全的問題（關(guān)于線程安全問題在下面的例子中會提到）饿肺，但是這也可能會造成一些不必要的資源消耗，比如僅僅載入了類，這時(shí)候?qū)ο笠呀?jīng)實(shí)例化了匿又，但是有可能我們永遠(yuǎn)都用不到它。
1.2. 懶漢模式
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
// 同步方法
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懶漢模式的整體思想是當(dāng)需要一個(gè)單例對象的時(shí)候建蹄，判斷對象是否已經(jīng)實(shí)例化碌更，如果沒有，則進(jìn)行實(shí)例化洞慎，否則直接返回已經(jīng)實(shí)例化的對象痛单。這里用了「同步方法」，這樣可以保證「線程安全」劲腿，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用該方法時(shí)旭绒，另一個(gè)方法正好也要調(diào)用該方法，則需要等待前一個(gè)線程調(diào)用完畢，這樣就可以保證在多線程的情況下挥吵，對象也只會被實(shí)例化一次重父。
但是這種方式在性能上會有一些缺點(diǎn)，因?yàn)槊看握{(diào)用 getInstance 方法都需要進(jìn)行同步忽匈，會造成不必要的同步開銷房午。
1.3 Double Check Lock （DCL）模式
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
「雙重校驗(yàn)鎖」模式的重點(diǎn)就是雙重校驗(yàn)，它通過兩次 instance == null 的判斷保證了線程安全丹允，同時(shí)避免了上一種「懶漢模式」的同步性能消耗郭厌。
我們一步一步進(jìn)行分析，假設(shè)現(xiàn)在有三個(gè)線程 A嫌松、B 和 C 都要使用單例對象沪曙，它們都去調(diào)用 getInstance 方法。
- 線程 A 先走到外層 if 處萎羔，判斷發(fā)現(xiàn) instance 還未實(shí)例化液走，此時(shí)就會進(jìn)入同步代碼塊。
- 與此同時(shí)贾陷，線程 B 也走到了外層 if 語句處缘眶，判斷發(fā)現(xiàn) instance 仍未實(shí)例化，進(jìn)行下一步髓废，但是由于此時(shí)線程 A 已經(jīng)獲得了同步鎖巷懈，正在執(zhí)行同步塊中的代碼，線程 B 需要等待慌洪。
- 線程 A 進(jìn)行內(nèi)層 if 判斷顶燕，發(fā)現(xiàn) instance 為 null，還沒有實(shí)例化冈爹，則對 instance 進(jìn)行實(shí)例化涌攻，然后退出同步塊，獲得 instance 對象频伤。
- 由于線程 A 退出同步塊恳谎，線程 B 獲得同步鎖，進(jìn)入同步塊憋肖，執(zhí)行其中的代碼因痛，進(jìn)行內(nèi)層 if 判斷，發(fā)現(xiàn) instance 對象已經(jīng)被實(shí)例化岸更，于是退出同步塊鸵膏，獲得 instance 對象。
- 線程 C 調(diào)用
getInstance怎炊，進(jìn)行外層 if 判斷较性，發(fā)現(xiàn) instance 已經(jīng)被實(shí)例化用僧，直接獲得 instance 對象，不再需要進(jìn)行同步操作赞咙。
通過分析责循，我們可以得出 instance 兩次判空的用意，內(nèi)層判空是為了在 instance 還未實(shí)例化的時(shí)候創(chuàng)建實(shí)例攀操，而外層判斷是為了在 instance 已經(jīng)實(shí)例化的時(shí)候避免不必要的同步操作院仿。
然而，這種模式并不是最優(yōu)的模式速和，依然存在一些問題歹垫，我們繼續(xù)進(jìn)行分析。
首先我們需要知道颠放， instance = new Singleton() 這句代碼看似是一句代碼排惨，但是它最終會被編譯成多條匯編指令，大概做了下面 3 件事情：
- 為 Singleton 實(shí)例分配內(nèi)存碰凶。
- 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)暮芭，初始化成員字段。
- 將 instance 對象引用指向分配的內(nèi)存空間欲低，經(jīng)歷這一步之后辕宏，instance 才不為 null。
但是由于 Java 編譯器允許處理器亂序處理砾莱，也就是說瑞筐，步驟 2 和步驟 3 的順序是可以交換的，我們假設(shè)一種情況腊瑟，當(dāng)一個(gè)線程先執(zhí)行了步驟 1 和 3聚假，但是步驟 2 還沒有執(zhí)行，此時(shí) instance 已經(jīng)不為 null 了闰非，但成員字段還沒有完成初始化膘格，如果此時(shí)切換到另一個(gè)線程，在外層 if 判空的時(shí)候就會得到非空的結(jié)果河胎，從而獲得成員字段未初始化的 instance 對象闯袒，就會導(dǎo)致錯誤虎敦。
除了上面這一點(diǎn)游岳，還有一點(diǎn)就是在 JDK1.5 之前因?yàn)?Java 內(nèi)存模型中的 Cache、寄存器導(dǎo)主內(nèi)存會寫順序的規(guī)定其徙，也會導(dǎo)致這種 instance 非 null胚迫，但是成員字段未正確初始化的情況。
因此從 JDK1.5 開始唾那，官方調(diào)整了 JVM访锻，新增一個(gè) volatile 關(guān)鍵詞褪尝，只要在 instance 的定義前加上 volatile 關(guān)鍵字，也就是修改為 private volatile static Singleton instance; 就可以保證不會出現(xiàn)上述問題期犬。
1.4 靜態(tài)內(nèi)部類模式
public class Singleton {
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.instance;
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton instance = new Singleton();
}
}
這種方式是比較推薦的單例模式的實(shí)現(xiàn)方式河哑。這種方式其實(shí)是對餓漢式的一種升級，它很好地利用了內(nèi)部類來避免僅僅載入類龟虎，對象就已經(jīng)實(shí)例化的問題璃谨。只有在真正需要 instance 對象，調(diào)用 getInstance 方法的時(shí)候鲤妥，才會實(shí)例化對象佳吞。
1.5 枚舉單例
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
private int i;
public void fun() {
}
}
最簡單的單例模式實(shí)現(xiàn)方式就是使用枚舉了，其中的 INSTANCE 并沒有實(shí)際用途棉安，是因?yàn)楸仨氁幸粋€(gè)枚舉項(xiàng)底扳。枚舉在 Java 中和普通類是一樣的，可以有成員字段贡耽，也可以有成員方法衷模，而且使用枚舉不需要寫任何額外的代碼來保證線程安全。
之前提到的單例模式實(shí)現(xiàn)方法在一種特殊情況下仍會重復(fù)實(shí)例化對象菇爪，那就是在反序列化操作的時(shí)候算芯，為了避免出現(xiàn)這種情況，我們還需要在代碼中加入下面方法：
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return instance;
}
而通過枚舉實(shí)現(xiàn)凳宙，這些都不需要考慮熙揍，即使是反序列化也不會重復(fù)實(shí)例化對象。
1.6 使用容器
public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<>();
private SingletonManager() {
}
public static void registerService(String key, Object instance) {
if (!objMap.containsKey(key)) {
objMap.put(key, instance);
}
}
public static Object getService(String key) {
return objMap.get(key);
}
}
使用容器來統(tǒng)一管理單例氏涩。
