簡介
什么是單例灯谣？為什么需要單例缆八？
單例模式的目的是設(shè)計出一個類曲掰，能提供全局唯一的對象疾捍。
舉個例子，程序中需要一個類用做管理配置項栏妖。這樣一個類顯然希望是全局只有一個乱豆，在任何地方都能獲取和使用，任何地方使用的對象也都是同一個底哥。這種情況就需要使用單例模式咙鞍！
簡單實現(xiàn)
舉例來說，我們要寫一個Singleton類的單例趾徽，首先我們先寫一個類：
public class Singleton{
}
要保證類是單例的，那么就不能隨意通過new操作符來隨意創(chuàng)建實例翰守。否則孵奶，每個new出來的對象都不是同一個對象，哪有單例可言蜡峰。為了禁止new操作符創(chuàng)建對象了袁，需要顯式地將構(gòu)造函數(shù)聲明為private：
public class Singleton{
private Singleton(){}
}
既然不能隨意創(chuàng)建，那么總得有一個方法能夠返回單例對象吧湿颅，我們命名為getInstance:
public class Singleton{
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
//return a unique Singleton instance;
}
}
重點：
getInstance必須是static方法载绿，因為只有static方法才可以直接通過Class調(diào)用getInstance方法提供的必須是唯一實例
那么問題來了，getInstance方法如何能提供唯一實例呢油航？
第一種簡單的方法如下：
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return this.instance;
}
}
這種模式叫做餓漢模式崭庸，即一開始就創(chuàng)建一個對象，每次通過getInstance方法返回時谊囚，就返回這個對象怕享。很明顯，這個一定是單例的镰踏，全局只有一個Singeton對象函筋。
重點：
instance必須是static的。因為static方法中使用的只能是static對象奠伪。(這是因為static方法是可以通過class直接調(diào)用的跌帐，而非static成員必須有instance的時候才能使用。)
餓漢模式是如何保證線程安全的绊率？
JVM保證static成員只會被初始化一次谨敛。
缺點
“餓漢模式”有個缺點：
- 只要類被加載，對象就會被創(chuàng)建即舌，不管有沒有調(diào)用
getInstance方法佣盒。如果單例對象是個大對象，沒有用到但又占著內(nèi)存空間顽聂，是比較浪費的肥惭。 - 如果單例對象的創(chuàng)建依賴于某些配置項盯仪，必須先配置，再創(chuàng)建對象蜜葱，那么餓汗模式是沒法使用的全景。
因此，衍生出另一種對應(yīng)的模式“懶漢模式”牵囤。
“懶漢模式”的特點是只有在使用的時候才創(chuàng)建對象爸黄。為了實現(xiàn)這種效果，很容易想到下面這種寫法：
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
關(guān)鍵點是揭鳞，先判斷instance對象有沒有已經(jīng)被創(chuàng)建過炕贵，如果等于null，說明沒有被創(chuàng)建過野崇，則創(chuàng)建一個称开，否則直接返回已有對象。
是不是感覺這樣寫沒毛才依妗鳖轰？No!No!No!這樣寫毛病很大！因為不是線程安全的扶镀。當(dāng)多個線程幾乎同時檢測if(instance == null)時蕴侣，都發(fā)現(xiàn)instance為null，這時都繼續(xù)往下走臭觉，從而創(chuàng)建了多個對象昆雀。如下圖所示：
如何寫出線程安全，并且性能良好的單例胧谈，一直是一個常見的面試題忆肾。
可能很多人可以很快給出以下方案：
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
這個方案是通過添加synchronized關(guān)鍵字來同步方法。
重點：
- 使用
synchronized來實現(xiàn)線程安全菱肖。在不考慮性能的情況下客冈，絕對簡單、有效稳强。
缺點：
這個方案很顯然能夠?qū)崿F(xiàn)線程安全场仲，但是性能堪憂。每次獲取單例對象都要進行同步退疫，有必要嗎渠缕？試想，當(dāng)一個對象創(chuàng)建以后褒繁，以后的所有操作都只是讀亦鳞，讀也同步的話，很顯然是影響效率的。
getInstance方法可以這樣寫嗎燕差？
public static Singleton getInstance(){
synchronized(Singleton.class){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
可以遭笋！synchronized(Singleton.class)是個類鎖，在static方法上加synchronized關(guān)鍵字同樣是類鎖徒探，兩者是一樣的瓦呼。
引申
synchronized關(guān)鍵字 On the way...
簡單的加synchronized關(guān)鍵字的方案的問題主要在于鎖的粒度太大。只是簡單的像下面一樣減小鎖的粒度也是不行的：
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized(Singleton.class){
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
這個方案又重新引入了線程安全問題测暗，synchronized關(guān)鍵字只是使并發(fā)創(chuàng)建對象編程了順序進行央串。這個方案直接pass。那么如何既能減小鎖的粒度碗啄，又能保證線程安全呢质和？
DCL
上面的方案減小的鎖的粒度，單不是線程安全稚字。我們可以在上面方案的基礎(chǔ)上繼續(xù)修改：
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;
}
}
這個方案就是Double Check Lock(簡稱DCL)侦另。這個方案在上面方案的基礎(chǔ)上做了改進：synchronized同步塊里面能夠保證只創(chuàng)建一個對象。但是通過在synchronized的外面增加一層判斷尉共，就可以在對象一經(jīng)創(chuàng)建以后，不再進入synchronized同步塊弃锐。這種方案不僅減小了鎖的粒度袄友，保證了線程安全，性能方面也得到了大幅提升霹菊。
現(xiàn)在的方案是不是已經(jīng)很完美了剧蚣？
并！不旋廷！是鸠按！
為什么呢？
- 一個單例可以通過短的更多的代碼實現(xiàn)饶碘。
- DCL在極小的概率下目尖，創(chuàng)建的對象不可用！會報錯扎运！
我們首先講第二個問題瑟曲，DCL為何產(chǎn)生的對象有可能不可用。這是instance = new Singleton()不是原子操作豪治，而是可以大致分為以下三個步驟：
- 給
Singleton對象分配內(nèi)存- 初始化
Singleton對象- 將創(chuàng)建的對象引用賦值給
instance
單線程情況下洞拨，instance = new Singleton會嚴(yán)格按照上述1,2,3步驟逐次執(zhí)行，并不會出錯负拟。但是在多線程情況下烦衣，由于在優(yōu)化時編譯器和CPU指令重排的存在，上述步驟執(zhí)行的次序有可能為1,3,2，這樣花吟，有可能出現(xiàn)如下的情況：
我們期望的順序是1-2-3秸歧，但是由于指令重排，實際的順序可能是1-3-2示辈，這種情況下寥茫，線程1創(chuàng)建了一個單例對象，雖然instance已經(jīng)賦值了矾麻，但是對象還沒有初始化纱耻，線程2在第一次check instance是否為null的時候，得到對象已經(jīng)創(chuàng)建的錯誤信息险耀，就直接使用弄喘，顯然會出錯。這種情況出現(xiàn)概率極低甩牺，系統(tǒng)低負(fù)載的時候很難出現(xiàn)蘑志，但是高負(fù)載時，一旦出現(xiàn)問題贬派，就很難調(diào)查急但！
那么，有什么解決方案呢搞乏？可以使用volatile關(guān)鍵字波桩。volatile關(guān)鍵字修飾了instance后，有兩個作用：
- 禁止對
instance的操作重排指令- 并能保證多線程之間
instance對象的及時可見性请敦。
如下：
public class Singleton{
private static volatile Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized(Singleton.class){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
重點
- 使用volatile關(guān)鍵字禁止指令重排镐躲。
- 這個事情僅在Java 1.5版后有用，1.5版之前用這個變量也有問題侍筛，因為老版本的Java的內(nèi)存模型是有缺陷的萤皂。
引申
詳解指令重排 On the way...
詳解volatile On the way...
還記不記得上面提到，單例可以有更短的代碼匣椰？對裆熙！使用靜態(tài)內(nèi)部類！
靜態(tài)內(nèi)部類
使用靜態(tài)內(nèi)部類實現(xiàn)單例模式的通用寫法如下：
public class Singleton{
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return InnerClass.getInstance();
}
private static class InnerClass{
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
}
重點：
- 在靜態(tài)內(nèi)部類中創(chuàng)建單例對象窝爪。JVM保證static對象的創(chuàng)建是線程安全的弛车。
- JVM還保證，一個類的任何static方法沒被調(diào)用的情況下蒲每，所有的static成員都不會被加載和初始化纷跛。這樣能保證單例對象只有在用的時候才會創(chuàng)建。
- 依舊是懶漢模式邀杏，只有需要時才創(chuàng)建
內(nèi)部類可以是public的嗎贫奠？
不可以唬血！我們期望只有通過調(diào)用
getInstance方法才能獲得單例對象，如果內(nèi)部類是public的唤崭，就破壞了封裝性拷恨。
instance成員可以是public的嗎？
不建議谢肾。成員對象用public修飾腕侄，同樣破壞了類的封裝性。不過非要這么寫芦疏，也沒辦法冕杠。
其實，還有更短的代碼Ｋ彳睢７衷ぁ！
枚舉
public enum Singleton{
INSTANCE;
}
重點
- 默認(rèn)枚舉實例的創(chuàng)建是線程安全的薪捍，所以不需要擔(dān)心線程安全的問題笼痹。
- 《Effective Java》中推薦的模式
總結(jié)
單例模式是一個很常用的設(shè)計模式，也是一個在面試中常被問到的設(shè)計模式酪穿，更是一個很容易答錯的設(shè)計模式凳干。
單例模式雖然看起來簡單，但是設(shè)計的Java基礎(chǔ)知識非常多被济，如static修飾符纺座、synchronized修飾符、volatile修飾符溉潭、enum等。能正確地寫出說容易也行少欺，說難也行喳瓣。這個難易就在于個人的理解程度！很多人面試時遇到這個問題赞别，經(jīng)常丟三落四畏陕，少些一些關(guān)鍵修飾符，或者不清楚怎么寫仿滔。關(guān)鍵的點在于惠毁，不要死記硬背，一定要理解崎页！
同時鞠绰，更凸顯出java基礎(chǔ)知識的重要性！需不需要static飒焦，可不可以public蜈膨，這些都是有java基礎(chǔ)語法做為論據(jù)的屿笼。深刻理解了java語法，才能以不變應(yīng)萬變翁巍，才不怕忘記驴一！
如有問題，請留言灶壶，我會及時回復(fù)肝断，一起討論問題。
