再学单例模式

以你之姓@ 2022-05-28 09:27 148阅读 0赞

单例模式是我们平常很容易遇到一个设计模式，而且也是面试中肯定会手写的。本文主要针对单例模式的几种写法来做个简单的说明，希望能帮助到读者。

# **懒汉式（线程不安全）** #

最简单的懒汉式，线程不安全的，代码如下所示：

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这段懒汉式的单例模式代码，存在致命的问题。当有多个线程并行的去调用getInstance()方法的时候，就会去创建多个实例，也就是说在多线程下不能正常工作。

# **懒汉式（线程安全）** #

为了解决线程不安全的问题，最简单的方法就是将整个getInstance()方法进行同步，添加（synchronized）。

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# 饿汉式（static final field） #

这种方式很简单，单例的实例被声明为static和final类型的，在第一次加载到内存的时候就已经被实例化了，所以创建实例本身是线程安全的，代码如下所示：

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饿汉式的缺点是单例会在加载类一开始就会被实例化，即使客户端没有调用getInstance()方法，这样的话就会去占用一部分内存空间，但是类却没有被用到。

# **双重检验锁** #

双重检验锁是一种使用同步块加锁的方法。因为会有两次 instance == null，一次是在同步块外，一步是在同步块内。为什么还要在同步块内还要在做一次检查呢？这是因为可能有多个线程一起进入到同步块外的if，如果在同步块内不进行第二次判断的话就会生成多个实例了。代码如下所示：

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这段代码看起来很完美，但是它在多线程下还是有线程安全问题的。主要在于 instance = new Singleton()这句，类的实例化并不是一个原子操作，在JVM里面已经把这个操作分为了一下三个步骤：

（1）给instance分配内存

（2）调用Singleton的构造函数来初始化成员变量

（3）将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步instance就变成非null的了）

但是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执行完毕之后，2未执行之前，被线程二抢占了，这时instance已经是非null的了（但是却没有进行初始化），所以线程二会直接返回instance，然后使用，然后顺理成章的报错了。

## **注意：假如有两个线程去执行这段代码，线程一进入之后，（线程二抢占是抢占CPU而不是抢占的锁，一个CPU只允许一个线程在运行，而锁是不能被抢占的只能等待......）。此时，线程一持有锁，线程二不能进入到synchronized(Singleton.class)同步代码块中，而是运行到第一个if条件判断的地方，由于线程一在执行new Singleton()的时候运行了1---->3（JVM即时编译器不能保证指令重排序），所以instance已经是非null的了，但是并没有进行初始化，此时线程二会直接返回instance被外部调用，然后就会不出所料的报错。所以我们需要用volatile去修饰，禁止编译器的指令重排序。** ##

对于以上我们碰到的问题，只需要把**instance**变量声明为**volatile**类型的就可以了

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volatile在这里的作用并不是为了保证变量的内存可见性。使用volatile的主要原因是其另外一个重要的特性：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**，读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，获取操作必须在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【先行发生的原则】的角度来理解的话，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）。

注意：在JDK1.5以前的版本中使用volatile是有问题的，其原因是Java5的JMM（Java内存模型）是存在缺陷的，即使将变量声明为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的问题，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。

# 静**态内部类** #

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这种写法使用JVM的本身机制保证了线程安全的问题；由于SingletonHolder是私有的，除了getInstance()之外没有办法访问他，因为他是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷，也没有依赖JDK的版本。

# **枚举** #

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我们可以通过Singleton.INSTANC来访问实例，这比调用getInstance()方法简单很多。创建枚举默认就是线程安全的，所以不用担心双检锁模式带来的线程不安全的问题，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。（增加getInstance()方法是为了让读者明白怎么去使用，其中print()这个方法是枚举里面的业务方法，我们可以通过Singleton.INSTANCE.print()去调用里面的业务方法）

作者：cncnc  
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來源：简书  
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