定義：

單例模式是設(shè)計(jì)模式中最簡(jiǎn)單的形式之一。這一模式的目的是使得類的一個(gè)對(duì)象成為系統(tǒng)中的唯一實(shí)例。

下面通過代碼分析下java中，各種單例模式寫法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1、餓漢模式

示例1.1

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

在類生命周期的【初始化】階段進(jìn)行生成單例對(duì)象（類的初始化階段會(huì)對(duì)靜態(tài)變量賦值），當(dāng)執(zhí)行類初始化的階段是需要先獲得鎖才能進(jìn)行初始化操作，而且一個(gè)class類只進(jìn)行初始化一次。類初始化階段是線程安全的，JVM保證類初始化只執(zhí)行一次。這樣可以確保只生成一個(gè)對(duì)象。

類聲明周期分為：加載(Loading)、驗(yàn)證(Verification)、準(zhǔn)備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)、卸御(Unloading)。
類的生命周期不明白的請(qǐng)查看：JVM 類加載機(jī)制深入淺出

類加載后不一定馬上執(zhí)行初始化階段。當(dāng)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

new 創(chuàng)建對(duì)象操作

getstatic 訪問類的靜態(tài)變量操作

putstatic 給類的靜態(tài)變量賦值操作

invokestatic 調(diào)用靜態(tài)方法操作

這個(gè)餓漢模式中，不會(huì)出現(xiàn)new、invokestatic和putstatic指令，外面的類只能調(diào)用 getInstance()靜態(tài)方法，由此推斷，此單例模式也是延遲加載對(duì)象的，只有第一次調(diào)用getInstance()靜態(tài)方法，才會(huì)觸發(fā)他的初始化階段，才會(huì)創(chuàng)建單例對(duì)象。

其實(shí)這個(gè)例子應(yīng)該是懶漢模式，只有在第一次使用的時(shí)候才加載

下面這個(gè)【示例1.2】不是延遲加載單例對(duì)象

示例1.2

public class Singleton {private Singleton() {}private static int count=0;private static Object INSTANCE = new Object();public static Object getInstance() {return INSTANCE;} }

當(dāng)程序先調(diào)用Singleton1中的count屬性時(shí)（getstatic 或putstatic 指令），就會(huì)執(zhí)行類的【初始化】階段，會(huì)生成單例對(duì)象，而不是調(diào)用getInstance()靜態(tài)方法才生成單例對(duì)象。

示例1.3 （靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)方式）

public class Singleton {private Singleton() {}private static int count=0;private static class SingletonHolder{private static final Object INSTANCE = new Object();}public static Object getInstance(){return SingletonHolder.INSTANCE;} }

使用內(nèi)部類SingletonHolder來(lái)防止【示例1.2】出現(xiàn)的問題，防止其它的變量的干擾，導(dǎo)致提前觸發(fā)類聲明周期中的【初始化】階段來(lái)創(chuàng)建INSTANCE 實(shí)例。
Effective Java中推薦的單例寫法

2、懶漢模式

示例2.1

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

每次創(chuàng)建INSTANCE 的時(shí)候先判斷是否null，如果為null則new一個(gè)，否則就直接返回INSTANCE 。當(dāng)多線程工作的時(shí)候，如果有多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行到if (INSTANCE == null)，都判斷為null，那么兩個(gè)線程就各自會(huì)創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例。這樣就會(huì)創(chuàng)建多一個(gè)實(shí)例，這樣就不是單例了。

下面的【示例2.2】加上synchronized 改進(jìn)多線程并發(fā)引起的問題

示例2.2 （synchronized 實(shí)現(xiàn)方式）

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

雖然synchronized 能解決多線程同時(shí)并發(fā)引起的問題，但是每次訪問該方法都需要獲得鎖，性能大大降低。其實(shí)只要?jiǎng)?chuàng)建INSTANCE 實(shí)例后就不需要加鎖的，直接獲取該對(duì)象就ok。

示例2.3 （雙重檢查實(shí)現(xiàn)方式）

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

這個(gè)版本的代碼看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，注意其中有兩次if (instance == null)的判斷，這個(gè)叫做『雙重檢查 Double-Check』。

第一個(gè)if (instance == null)，其實(shí)是為了解決【示例2.2】中的效率問題，只有instance為null的時(shí)候，才進(jìn)入synchronized的代碼段——這樣在對(duì)象創(chuàng)建后就不會(huì)在進(jìn)入同步代碼塊了。
第二個(gè)if (instance == null)，則是跟【示例2.2】一樣，是為了防止可能出現(xiàn)多個(gè)實(shí)例的情況。

從代碼層面看似完美，效率問題也解決了。但實(shí)際還是有問題，在并發(fā)環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)instance為null的情況。下面我們來(lái)分析下為什么會(huì)出現(xiàn)此問題。

原子操作

INSTANCE = new Object();不是原子操作。
在JVM中會(huì)拆分成3個(gè)步驟
1、分配對(duì)象的內(nèi)存空間
2、初始化對(duì)象
3、設(shè)置INSTANCE 指向剛分配的內(nèi)存地址

指令重排

指令重排序是JVM為了優(yōu)化指令，提高程序運(yùn)行效率，在不影響單線程程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能地提高并行度。
可以參考：java內(nèi)存模型

【2、初始化對(duì)象和 3、設(shè)置INSTANCE 指向剛分配的內(nèi)存地址】這兩個(gè)操作可能發(fā)生重排序。
如下圖：

從圖中可以看出A2和A3的重排序，將導(dǎo)致線程
B在B1處判斷出instance不為空，線程B接下來(lái)將訪問instance引用的對(duì)象。此時(shí)，線程B將會(huì)訪
問到一個(gè)還未初始化的對(duì)象。

示例2.4 （基于volatile的解決方案）

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

聲明對(duì)象的引用為volatile后，【2、初始化對(duì)象和 3、設(shè)置INSTANCE 指向剛分配的內(nèi)存地址】之間的重排序，在多線程環(huán)境中將會(huì)被禁止。

從圖表中可以看出volatile可以確保，volatile變量讀寫順序，可以保證一個(gè)線程寫volatile變量完成后（創(chuàng)建完對(duì)象后），其它線程才能讀取該volatile變量，相當(dāng)于給這個(gè)創(chuàng)建實(shí)例的構(gòu)造上了一把鎖。這樣，在它的賦值完成之前，就不用會(huì)調(diào)用讀操作。

示例2.5 （枚舉實(shí)現(xiàn)方式）

public enum Singleton6 {INSTANCE;public String getInfo(String s){s = "hello " + s;System.out.println(s);return s;}public static void main(String[] args) {String s = INSTANCE.getInfo("aa");System.out.println(s);} }

這種寫法在功能上與共有域方法相近，但是它更簡(jiǎn)潔，無(wú)償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制，絕對(duì)防止對(duì)此實(shí)例化，即使是在面對(duì)復(fù)雜的序列化或者反射攻擊的時(shí)候。雖然這中方法還沒有廣泛采用，但是單元素的枚舉類型已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的多线程并发下的单例模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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