2018年7月18日,在项目代码中看到单例模式,总结一下单例模式的知识点.

单例模式的概念:

在应用程序的生命周期中,在任意时刻,引用某个类的实例都是同一个.在一个系统中有些类只需要有一个全局对象,统一管理系统行为和执行某些操作.例如在使用hibernate时,sessionFactory接口负责初始化hibernate,它充当数据存储源的代理,并负责初始化session对象,通常一个项目只需要一个sessionFactory对象即可(多数据库时每个数据库对应一个sessionFactory),那么就可把sessionFactory单例化,提高系统性能.

实现单例模式的思路:

思考1:如果我们通过new关键字创建某个类的对象,那么new出来的对象在内存中占有不同的地址,肯定不是单例.所以我们要保证单例,首先要保证不能通过new关键字来创建该类对象.

思考2:如何保证不能new出该类对象呢?显然只需要私有化构造方法即可.

思考3:那我们需要的对象从哪来呢?只需要在该类内部创建一个该类对象,创建一个公共方法返回该对象即可,为了保证单例,用static关键字保证内存地址唯一.这样该类对象引用始终指向同一个内存地址.

单例模式的实现方式:

懒汉式方式一:单线程下

 
 

  
  
      public class Singleton {  
  
  
       
  
  
      private static Singleton instance = null;  
  
  
       
  
  
      //构造私有化,外界不能new对象  
  
  
      private Singleton (){}  
  
  
       
  
  
      //通过公共的方式对外提供一个实例  
  
  
      public static Singleton getInstance() {  
  
  
      if (instance == null) {  
  
  
      //如果没有实例化,就创建一个对象  
  
  
      instance = new Singleton();  
  
  
      }  
  
  
      return instance;  
  
  
      }  
  
  
      }  
 
 
 

优点:不调用getInstance()就不会实例化,提高效率.

缺点:在单个线程中没有问题,但多个线程同时访问的时候就可能同时创建多个实例,而且这多个实例不是同一个对象,虽然后面创建的实例会覆盖先创建的实例,但是还是会存在拿到不同对象的情况.

懒汉式方式二:synchronized同步方法

 
 

  
  
       
  
  
      public class Singleton{  
  
  
       
  
  
      private static final Singleton instance = null;  
  
  
       
  
  
      private Singleton(){}  
  
  
       
  
  
      //同步方法  
  
  
      public static synchronized Singleton getInstance(){  
  
  
      if(instance== null){  
  
  
      instance = new Singleton();  
  
  
      }  
  
  
      return instance;  
  
  
      }  
  
  
      }  
 
 
 

虽然做到了线程安全,并且解决了多实例的问题,但是它并不高效.因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance()方法.但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要,即第一次创建单例实例对象时.这就引出了双重检验锁.

懒汉式方式三:双重检验锁

 
 

  
  
      public class Singleton {  
  
  
       
  
  
      private volatile static Singleton instance = null;  
  
  
       
  
  
      private Singleton (){}  
  
  
       
  
  
      public static Singleton getSingleton() {  
  
  
      if (instance == null) { //判断是否为null   
  
  
      synchronized (Singleton.class) {  
  
  
      if (instance == null) { //判断是否为null  
  
  
      instance = new Singleton();  
  
  
      }  
  
  
      }  
  
  
      }  
  
  
      return instance;  
  
  
      }  
  
  
       
  
  
      }  
 
 
 

这段代码看起来很完美,但还是有问题,主要在于 instance = new Singleton()这句代码.因为这并非一个原子性操作,实际上在JVM里大概做了3件事:

1.给instance分配内存

2.调用Singleton构造完成初始化

3.使instance对象的引用指向分配的内存空间(完成这一步instance就不是null了)

但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化.也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2.如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被线程二抢占了,这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化）,所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错.(为什么使用了synchronized同步还会被其他线程抢占?)

我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了

 
 

  
  
      public class Singleton {  
  
  
      private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile  
  
  
      private Singleton (){}  
  
  
       
  
  
      public static Singleton getSingleton() {  
  
  
      if (instance == null) {  
  
  
      synchronized (Singleton.class) {  
  
  
      if (instance == null) {  
  
  
      instance = new Singleton();  
  
  
      }  
  
  
      }  
  
  
      }  
  
  
      return instance;  
  
  
      }  
  
  
       
  
  
      }  
 
 
 

使用 volatile 的主要原因是其一个特性：禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作（这里的“后面”是时间上的先后顺序）。

但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 内存模型）是存在缺陷的，即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。

相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式，当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。

饿汉式:加载类时初始化实例

 
 

  
  
       
  
  
      public class Singleton{  
  
  
      //类加载时就初始化  
  
  
      private static final Singleton instance = new Singleton();  
  
  
       
  
  
      private Singleton(){}  
  
  
       
  
  
      public static Singleton getInstance(){  
  
  
      return instance;  
  
  
      }  
  
  
      }  
 
 
 

优点:这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的.

缺点: 资源利用率不高,可能getInstance()永远不会执行到,但执行该类的其他静态方法或者加载了该类（class.forName),那么这个实例仍然初始化.饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的,在 getInstance()之前必须调用某个方法设置参数给它,那样这种单例写法就无法使用了

懒汉式方式四:静态内部类

 
 

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

这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本。

枚举方式:Enum

用枚举写单例实在太简单了！这也是它最大的优点。下面这段代码就是声明枚举实例的通常做法。

 
 

  
  
       
  
  
      public enum EasySingleton{  
  
  
      INSTANCE;  
  
  
      //变量  
  
  
      //方法  
  
  
       
  
  
      }  
 
 
 

我们可以通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例，这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的，所以不需要担心double checked locking，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。在《Effective Java》中说枚举是实现单例的最佳方式.建议在实际项目中单例以枚举方式实现.

总结:

一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。

一般情况下直接使用饿汉式就好了，如果明确要求要懒加载（lazy initialization）会倾向于使用静态内部类，如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举的方式来实现单例。

文章参考自:

https://blog.csdn.net/nsw911439370/article/details/50456231

https://blog.csdn.net/sky786905664/article/details/68938653

转自:https://blog.csdn.net/Imobama/article/details/81093394