java单例类的几种实现

Posted 2020-12-04 fuzhepan

一，最简单的方式

public class Singleton{
    private Singleton(){};
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

首先构造函数声明为private，防止被外部创建该类的实例。声明一个static的成员变量instance并分配实例，当Singleton类被加载时，instance便会被创建，可以通过静态方法getInstance方法获取到该实例。
优点是实现简单，且没有线程安全问题。缺点是Singleton被引用时instance实例就已经创建，即使实例并没有用到。

二，懒加载的单例类

public class Singleton{
    private Singleton(){};
    private static Singleton instance = null;
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

因为instance初始值为null，所以在Singleton被加载的时候，并不会实例化，只有调用getInstance方法的时候才会创建实例。为了防止多线程并发调用getInstance方法时instance被多次创建，所以使用synchronized关键字进行线程同步。
该实现缺点是，每次调用getInstance方法都要进行线程同步，影响并发量。

三，改进懒加载的单例类

public class Singleton{
    private Singleton(){};
    private static volatile Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

通过双检索的方式进行优化，只有在intance没有值时才进行线程同步，此后会直接返回实例。需要注意的是，在synchronized代码块中需要再判断一次instance是否为null,防止多个线程同时通过了第一个为null的判断。
还需要注意的是，instance需要volatile修饰，防止指令重排序导致的错误。
volatile除了保证线程缓存及时同步到主内存并清理其他线程缓存的值，还有一个作用就是防止指令重排序。 instance = new Singleton() 这行代码编译后会拆分成三个指令，可以理解成如下代码：
1，Singleton temp = malloc()； // 分配内存
2，constructor(temp); // 调用构造函数对分配的内存进行初始化
3，instance = temp; // 初始化完成的内存地址赋值给instance
编译器为了优化指令，重排序后，可能会变成了下面的代码：
1，Singleton temp = malloc()； // 分配内存
2，instance = temp; // 初始化完成的内存地址赋值给instance
3，constructor(instance); // 调用构造函数对分配的内存进行初始化
如果代码执行了上面的第二步，instance已经赋值不为null，但并没有初始化，这是如果第二个线程调用getInstance方法就会直接获得instance，调用instance时引发错误。volatile可以防止重排序。

四，通过内部类实现单例

public class Singleton{
    private static class SingletonHolder{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){};
    private static volatile Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

Singleton的实例被静态内部类SingletonHolder持有，只有在调用getInstance方法时，SingletonHolder才会被加载，instance被实例化。既实现懒加载，也不会有线程安全问题。