5JAVA 单例模式（线程安全性）

Posted 2023-02-22 想跌破记忆寻找你

java中的单例模式是一种广泛使用的设计模式。单例模式的主要作用是保证在java程序中，某个类只有有一个实例存在

单例模式

1、饿汉模式

public class Singleton 
 private static Singleton instance = new Singleton(); 
 private Singleton() 
 public static Singleton newInstance() 
 return instance; 
  

    类的构造函数定义private，保证其它类不能实例化此类，然后提供一个静态实例并返回给调用者。

    饿汉模式在类加载的时候就对实例进行创建，实例在整个程序周期都存在

2、懒汉模式

public class Singleton 
 private static Singleton instance = null; 
 private Singleton() 
 public static Singleton newInstance() 
 if(null == instance) 
  instance = new Singleton(); 
  
 return instance; 
  

需要实例的时候创建，此方式没考虑线程安全性问题，在多个线程并发调用newInstance（）方法，可能会导致创建多个实例，因此需要加同步锁解决

3、双重校验锁

public class Singleton  
 private static Singleton instance = null; 
 private Singleton() 
 public static Singleton getInstance()  
 if (instance == null)  
  synchronized (Singleton.class)  
  if (instance == null) //2 
   instance = new Singleton(); 
   
   
  
 return instance; 
  

双重校验锁解决了懒汉模式性能消耗大的问题

实例首次创建成功后，调用getInstance（）不会执行同步代码块，从而提高了程序性能

Java中的指令重排优化。所谓指令重排优化是指在不改变原语义的情况下，通过调整指令的执行顺序让程序运行的更快。JVM中并没有规定编译器优化相关的内容，也就是说JVM可以自由的进行指令重排序的优化。

这个问题的关键就在于由于指令重排优化的存在，导致初始化Singleton和将对象地址赋给instance字段的顺序是不确定的。在某个线程创建单例对象时，在构造方法被调用之前，就为该对象分配了内存空间并将对象的字段设置为默认值。此时就可以将分配的内存地址赋值给instance字段了，然而该对象可能还没有初始化。若紧接着另外一个线程来调用getInstance，取到的就是状态不正确的对象，程序就会出错。

以上就是双重校验锁会失效的原因，不过还好在JDK1.5及之后版本增加了volatile关键字。volatile的一个语义是禁止指令重排序优化，也就保证了instance变量被赋值的时候对象已经是初始化过的，从而避免了上面说到的问题。

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

4、静态内部类

public class Singleton 
 private static class SingletonHolder 
 public static Singleton instance = new Singleton(); 
  
 private Singleton() 
 public static Singleton newInstance() 
 return SingletonHolder.instance; 
  

利用了类加载机制来保证只创建一个instance实例。它与饿汉模式一样，也是利用了类加载机制，因此不存在多线程并发的问题

使用内部类去创建对象实例，这样的话，只要程序中不使用内部类，jvm就不会去加载这个单例类，不会创建实例

5、枚举单例

class Resource


public enum SomeThing 
    INSTANCE;
    private Resource instance;
    SomeThing() 
        instance = new Resource();
    
    public Resource getInstance() 
        return instance;
    

四种实现单例的方式共同的缺点

1、需要额外的工作来实现序列化，否则每次反序列化一个序列化的对象时都会创建一个新的实例。

2、可以使用反射强行调用私有构造器（如果要避免这种情况，可以修改构造器，让它在创建第二个实例的时候抛异常）。

枚举单例的优点

• 获取方式简单 SomeThing.INSTANCE.getInstance()
• 线程安全，每个枚举实例都是static final类型的，也就表明只能被实例化一次
• 防止反射调用构造器
• 提供了自动序列化机制、防止反序列化时创建新的对象