单例设计模式（这一篇足够了）

Posted 2020-11-05 海小鑫

 

　　单例模式真是一个老掉牙的问题了，不过我今天是要说些里面更深点的知识，闲话少说，直接来代码

　　1、饿汉式

　　 相信这种写法大家都知道，一开始接触单例的时候，大家应该都是用的这种方法：

package com.hd.single;

public class Singleton {

    private Singleton(){}
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

　　这种方式优点就是线程安全， 缺点也很明显，就是类加载的时候，就已实例化该对象了，后面有可能用不到这个实例对象，这样就会造成空间浪费。因此就有了懒加载方式。

　　2、懒汉式

　　1）懒汉式L1

package com.hd.single;

public class Singleton2 {

    private Singleton2(){}
    private static Singleton2 instance;

    public static Singleton2 getInstance(){
        if(instance == null)　　　　　　　　//1
            instance = new Singleton2();　　//2
        return instance;
    }

}

　　这种懒汉式的优点和缺点也很明显，优点是按需加载，节省空间， 缺点是线程不安全。简单说就是，有可能线程A执行到“1”处时，阻塞住了，线程B抢到CPU，进来执行并实例化对象，然后线程A醒来后，继续往下执行，这样线程A和B取到的就是不同的对象。因此，又有了线程安全的版本。

package com.hd.single;

public class Singleton2 {

    private Singleton2(){}
    private static Singleton2 instance;

    public static synchronized Singleton2 getInstance(){
        if(instance == null)
            instance = new Singleton2();
        return instance;
    }
}

　　但是加了synchronized 之后会造成线程阻塞，影响性能。于是又提出了双检锁的方式

 1 package com.hd.single;
 2 
 3 public class Singleton2 {
 4 
 5     private Singleton2(){}
 6     private static Singleton2 instance;
 7 
 8     public static Singleton2 getInstance(){
 9         if(instance == null){
10             synchronized (Singleton2.class){
11                 if(instance == null){
12                     instance = new Singleton2();
13                 }
14             }
15         }
16         return instance;
17     }
18 }

　　看似双检锁的方式很完美，既解决了线程安全的问题，又兼顾了性能问题： 线程先判断instance变量是否为空，如果不为空，则直接返回。否则进入同步块去实例化对象。但事实这是一个错误的优化！

　　重点就是第12行代码（instance = new Singleton2();）， 它创建了一个对象。这一行代码可以分解为如下的3行代码：

memory = allocate();         //1：分配对象的内存空间
ctorInstance(memory);        //2：初始化对象
instance = memory;           //3：设置instance指向刚分配的内存地址

　　上面2和3这两步之间，有可能会被重排序，2和3重排序之后的执行时序如下：

memory = allocate();         //1：分配对象的内存空间
instance = memory;           //3：设置instance指向刚分配的内存地址
                        　　　//注意此时对象还没有被初始化
ctorInstance(memory);        //2：初始化对象
                                    

　　因此如果有线程A执行到3时，此时instance变量确实不为空，然后线程B判断instance不为空后返回，那么这是线程B 取到的就是一个空的对象。显示这样是有问题的，因此为了防止出现这个问题，需要使用volatile变量，来禁止指令重排序。

　　2）懒汉式 L2（基于volatile的解决方案）

package com.hd.single;

public class Singleton {

    private Singleton(){}
    private volatile static Singleton instance;

    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

　　我们除了通过volatile的方式来禁止指令重排序，还可以提供另外一种思路：允许2和3重排序，但不允许其它线程“看到”这个重排序。 前面正是因为线程B看到了重排序，instance变量不为空，所以才造成其取到空的对象。

　　3）懒汉式L3（基于静态内部类的方案）

package com.hd.single;
public class LazySingleton2 {
    private LazySingleton2() {
    }
    static class SingletonHolder {
        private static final LazySingleton2 instance = new LazySingleton2();
    }
    public static LazySingleton2 getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

　　因为 在加载外部类时，其内部类不会同时被加载。只有调用 getInstance方法的时候，内部类才会去被加载，且只加载一次，不存在并发问题，因此是线程安全的。

　　另外，在getInstance()方法中没有使用synchronized关键字，因此没有造成多余的性能损耗。

 

　　本文给出了多个版本的单例模式，供我们在项目中使用。一般用L2，L3就基本够用。