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面试题2：实现单例模式

题目要求：
设计一个类，只能生成该类的一个实例。

package chapter2;
/**
 * Created by ryder on 2017/6/7.
 * 单例模式
 * 定义：指实现了特殊模式的类，该类仅能被实例化一次，产生唯一的一个对象
 * 应用举例：windows的任务管理器，回收站，web应用的配置对象，spring中的bean默认也是单例
 * 分类：饿汉式，懒汉式，双检锁，静态内部类，枚举
 * 评价指标有：单例（必须），线程安全，延迟加载，防止反序列化产生新对象，防止反射攻击
 * 实现方法的选择：一般情况下直接使用饿汉式就好了，要求延迟加载时倾向于用静态内部类，涉及到反序列化创建对象或反射问题最好选择枚举
 */
public class P32_Singleton {
    public static void main(String[] args){
        //调用方式
        Singleton1 singleton1 = Singleton1.getInstance();
        Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance();
        Singleton3 singleton3 = Singleton3.getInstance();
        Singleton4 singleton4 = Singleton4.getInstance();
        Singleton5 singleton5 = Singleton5.getInstance();
        Singleton6 singleton6 = Singleton6.getInstance();
        Singleton7 singleton7 = Singleton7.instance;
        singleton7.setAttribute("aaa");
    }
}

//版本一：饿汉式
//特点：线程安全；在类初始化执行到静态属性时就分配了资源，有资源浪费问题；
class Singleton1{
    //或者将私有静态final成员设为公有成员，可省去getInstance公有函数
    private static final Singleton1 instance = new Singleton1();
    private Singleton1(){}
    public static Singleton1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

//版本二：懒汉式(非线程安全)
//特点：在第一次调用获取实例方法时分配内存，实现了懒加载；非线程安全；
class Singleton2{
    private static Singleton2 instance= null;
    private Singleton2(){}
    public static Singleton2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

//版本三：懒汉式变种（synchronized同步方法，支持多线程）
//特点：线程安全；synchronized而造成的阻塞致使效率低，而且很多的阻塞都是没必要的。
class Singleton3{
    private static Singleton3 instance = null;
    private Singleton3(){}
    public static synchronized Singleton3 getInstance(){
        if(instance == null)
            instance = new Singleton3();
        return instance;
    }
}

//版本四：懒汉式变种（synchronized同步块，支持多线程）
//特点：写法不同，但与版本三有一样的问题
class Singleton4{
    private static Singleton4 instance = null;
    private Singleton4(){}
    public static Singleton4 getInstance(){
        synchronized(Singleton4.class) {
            if (instance == null)
                instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

//版本五：双检锁DCL，支持多线程-懒汉式
//特点：线程安全；多进行一次if判断，加入volatile修饰,优点是只有在第一次实例化时加锁，之后不会加锁，提升了效率，缺点写法复杂
//不加入volatile，可能出现第一个if判断不为null，但还并未执行构造函数的情况，因为java编译器会进行指令重排;
//volatile的两大作用:
//1防止编译器对被修饰变量相关代码进行指令重排；2读写操作都不会调用工作内存而是直接取主存，保证了内存可见性
//指令重排：
//instance = new Singleton5()可主要分为三步：1分配内存，2调用构造函数，3instance指向被分配的内存（此时instance不为null了）
//正常顺序为123，指令重排可能执行顺序为132，会造成已不为null但未执行构造函数的问题
//内存可见性：
//如果字段是被volatile修饰的，Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令，在读操作前插入一个读屏障指令。
//这意味着：1一旦完成写入，任何访问这个字段的线程将会得到最新的；2在写入前，任何更新过的数据值是可见的，因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
//因此volatile可提供一定的线程安全，但不适用于写操作依赖于当前值的情况，如自增，自减
//简单来说，volatile适合这种场景：一个变量被多个线程共享，线程直接给这个变量赋值。
//还能在双检锁上进行优化，引入一个局部变量，但个人觉得效率提成并不大，不再赘述。
//volatile参考：http://blog.csdn.net/qq_29923439/article/details/51273812
class Singleton5{
    private volatile static Singleton5 instance = null;
    private Singleton5(){}
    public  static Singleton5 getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (Singleton5.class){
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

//版本六：静态内部类，支持多线程-懒汉式
//特点：利用静态内部类（只有在出现它的引用时才被加载），完成懒加载；final保证线程安全;
//类的加载顺序：http://blog.csdn.net/u012123160/article/details/53224469
//final的作用:
//1. 在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。
//2. 初次读一个包含final域的对象的引用，与随后读这个final域，这两个操作之间不能重排序。
//扩展：static变量初始化遵循以下规则:
//1.静态变量会按照声明的顺序先依次声明并设置为该类型的默认值，但不赋值为初始化的值。
//2.声明完毕后,再按声明的顺序依次设置为初始化的值，如果没有初始化的值就跳过。
//static变量初始化参考：http://www.jb51.net/article/86629.htm
class Singleton6{
    private Singleton6(){}
    public static Singleton6 getInstance(){
        return Singleton6Holder.instance;
    }
    private static class Singleton6Holder{
        public static final Singleton6 instance = new Singleton6();
    }
}

//版本七：通过枚举实现
//一个完美的单例需要做到：单例，懒加载，线程安全，防止反序列化产生新对象，防止反射攻击
//而枚举的特性保证了以上除了懒加载以外的所有要求，而且实现代码及其简单
//Enum的单例模式参考：http://www.jianshu.com/p/83f7958b0944
enum Singleton7{
    instance;
    private String attribute;
    void setAttribute(String attribute){
        this.attribute = attribute;
    }
    String getAttribute(){
        return this.attribute;
    }
}