Java：java学习笔记之Java单例模式的简单理解和使用

Posted 2022-02-06 JMW1407

Java单例模式的简单理解和使用

• Java单例模式
• • 1、饿汉式单例的实现如下：
  • 2、懒汉式终极版本：volatile
  • 3、Effective Java 1 —— 静态内部类
  • 4、5.2 Effective Java 2 —— 枚举
• 参考

Java单例模式

1、饿汉式单例的实现如下：

//饿汉式实现
public class SingleB 
    private static final SingleB INSTANCE = new SingleB();
    private SingleB() 
    public static SingleB getInstance() 
        return INSTANCE;
    

2、懒汉式终极版本：volatile

// Version 4 
public class Single4 
    private static volatile Single4 instance;
    private Single4() 
    public static Single4 getInstance() 
        if (instance == null) 
            synchronized (Single4.class) 
                if (instance == null) 
                    instance = new Single4();
                
            
        
        return instance;
    

主要在于singleton = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情：

• 1、给 singleton 分配内存
• 2、调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，形成实例
• 3、将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 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。

再稍微解释一下，就是说，由于有一个『instance已经不为null但是仍没有完成初始化』的中间状态，而这个时候，如果有其他线程刚好运行到第一层if (instance == null)这里，这里读取到的instance已经不为null了，所以就直接把这个中间状态的instance拿去用了，就会产生问题。

• 这里的关键在于——线程T1对instance的写操作没有完成，线程T2就执行了读操作。

volatile关键字的作用

volatile关键字的一个作用是禁止指令重排，把instance声明为volatile之后，对它的写操作就会有一个内存屏障，这样，在它的赋值完成之前，就不用会调用读操作。

• 注意：volatile阻止的不singleton = newSingleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排，而是保证了在一个写操作（[1-2-3]）完成之前，不会调用读操作（if(instance == null)）。

3、Effective Java 1 —— 静态内部类

// Effective Java 第一版推荐写法
public class Singleton 
    private static class SingletonHolder 
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    private Singleton ()
    public static final Singleton getInstance() 
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    

这种写法非常巧妙：

• 对于内部类SingletonHolder，它是一个饿汉式的单例实现，在SingletonHolder初始化的时候会由ClassLoader来保证同步，使INSTANCE是一个真·单例。
• 同时，由于SingletonHolder是一个内部类，只在外部类的Singleton的getInstance()中被使用，所以它被加载的时机也就是在getInstance()方法第一次被调用的时候。
• 它利用了ClassLoader来保证了同步，同时又能让开发者控制类加载的时机。从内部看是一个饿汉式的单例，但是从外部看来，又的确是懒汉式的实现。

4、5.2 Effective Java 2 —— 枚举

// Effective Java 第二版推荐写法
public enum SingleInstance 
    INSTANCE;
    public void fun1()  
        // do something
    


// 使用
SingleInstance.INSTANCE.fun1();

参考

1、Hi，我们再来聊一聊Java的单例吧