单例模式

1. 懒汉式，线程不安全

**是否 Lazy 初始化：**是

**是否多线程安全：**否

**实现难度：**易

**描述：**这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

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

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2. 懒汉式，线程安全

**是否 Lazy 初始化：**是

**是否多线程安全：**是

**实现难度：**易

**描述：**这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

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

3. 饿汉式

**是否 Lazy 初始化：**否

**是否多线程安全：**是

**实现难度：**易

**描述：**这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

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

4. 双重检查懒加载

**JDK 版本：**JDK1.5 起

**是否 Lazy 初始化：**是

**是否多线程安全：**是

**实现难度：**较复杂

**描述：**这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。

双重检查懒加载需要控制单例的可见性，多线程情况下可能出现空指针问题

双重检查锁模式解决了单例、性能、线程安全问题，但是这种写法同样存在问题：在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。

public class DoubleCheckLockMode {
 
    private static DoubleCheckLockMode instance;
 
    /**
     * 私有化构造函数
     */
    private DoubleCheckLockMode(){
 
    }
    /**
     * 提供公开获取实例接口
     * @return
     */
    public static DoubleCheckLockMode getInstance(){
        // 第一次判断，如果这里为空，不进入抢锁阶段，直接返回实例
        if (instance == null) {
            synchronized (DoubleCheckLockMode.class) {
                // 抢到锁之后再次判断是否为空
                if (instance == null) {
                    instance = new DoubleCheckLockMode();	//不是一个原子性操作
                    /**
                     * 1. 分配内存空间;
                     * 2. 执行构造方法，初始化对象;
                     * 3. 把这个对象指向这个空间;
                     * 
                     * 123
                     * 指令重排132
                     * /
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

什么是指令重排？

private SingletonObject(){
	  // 第一步
     int x = 10;
	  // 第二步
     int y = 30;
     // 第三步
     Object o = new Object(); 
}

上面的构造函数SingletonObject()，JVM 会对它进行指令重排序，所以执行顺序可能会乱掉，但是不管是那种执行顺序，JVM 最后都会保证所以实例都完成实例化。 如果构造函数中操作比较多时，为了提升效率，JVM 会在构造函数里面的属性未全部完成实例化时，就返回对象。双重检测锁出现空指针问题的原因就是出现在这里，当某个线程获取锁进行实例化时，其他线程就直接获取实例使用，由于JVM指令重排序的原因，其他线程获取的对象也许不是一个完整的对象，所以在使用实例的时候就会出现空指针异常问题。

双重检查锁模式优化

要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用volatile关键字，volatile关键字严格遵循happens-before原则，即：在读操作前，写操作必须全部完成

/**
 * @Description: 懒汉式单例
 * @Author: ZhengXiang Sun
 * @Data:
 */
public class LazyMan {

    private LazyMan(){}

    /**
     * 添加volatile关键字，保证在读操作前，写操作必须全部完成，避免指令重排
     */
    private static volatile LazyMan lazyMan;

    //双重检测锁模式的懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        //加锁之前有可能被两个线程拿到，所以要两次判断
        if(lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(lazyMan == null){
                    lazyMan = new LazyMan();
                    /**
                     * 1. 分配内存空间;
                     * 2. 执行构造方法，初始化对象;
                     * 3. 把这个对象指向这个空间;
                     *
                     * 123
                     * 指令重排132
                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
}

5. 登记式/静态内部类

**是否 Lazy 初始化：**是

**是否多线程安全：**是

**实现难度：**一般

**描述：**这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

/**
 * @Description: 静态内部类
 * @Author: ZhengXiang Sun
 * @Data:
 */
public class Holder {

    private Holder(){}

    public static Holder getInstance(){
        return InnerClass.HOLDER;
    }

    private static class InnerClass{
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }
}

只要有反射以上都是不安全的，反射破坏了单例

• 一种通过getInstance获得，一种通过反射获取;
• 两个对象都通过反射获得则还是异常;

/**
 * @Description: 懒汉式单利
 * @Author: ZhengXiang Sun
 * @Data:
 */
public class LazyMan {

    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if(lazyMan !=null){
                throw new RuntimeException("不要试图利用反射破坏异常");
            }
        }
    }

    /**
     * 添加volatile关键字，保证在读操作前，写操作必须全部完成，避免指令重排
     */
    private static volatile LazyMan lazyMan;

    //双重检测锁模式的懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        //加锁之前有可能被两个线程拿到，所以要两次判断
        if(lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(lazyMan == null){
                    lazyMan = new LazyMan();
                    /**
                     * 1. 分配内存空间;
                     * 2. 执行构造方法，初始化对象;
                     * 3. 把这个对象指向这个空间;
                     *
                     * 123
                     * 指令重排132
                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
}

• 密钥的方式
• 反编译后还是不安全
• 反射修改密钥值

/**
 * @Description: 懒汉式单利
 * @Author: ZhengXiang Sun
 * @Data:
 */
public class LazyMan {
    
    //在不通过反编译的情况下是安全的
    //通过反射修改他的值，之后还是不安全的
    private static boolean secret;

    private LazyMan() {
        synchronized (LazyMan.class) {
            if (!secret) {
                secret = true;
            } else {
                throw new RuntimeException("不要试图利用反射破坏异常");
            }
        }
    }

    /**
     * 添加volatile关键字，保证在读操作前，写操作必须全部完成，避免指令重排
     */
    private static volatile LazyMan lazyMan;

    //双重检测锁模式的懒汉式单例  DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance() {
        //加锁之前有可能被两个线程拿到，所以要两次判断
        if (lazyMan == null) {
            synchronized (LazyMan.class) {
                if (lazyMan == null) {
                    lazyMan = new LazyMan();
                    /**
                     * 1. 分配内存空间;
                     * 2. 执行构造方法，初始化对象;
                     * 3. 把这个对象指向这个空间;
                     *
                     * 123
                     * 指令重排132
                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
}

查看源码

所以引出枚举类型的单例

6. 枚举

**JDK 版本：**JDK1.5 起

**是否 Lazy 初始化：**否

**是否多线程安全：**是

**实现难度：**易

**描述：**这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

/**
 * @Description: enum是一个什么？本身也是一个Class类
 * @Author: ZhengXiang Sun
 * @Data:
 */
public enum EnumSingle {

    INSTANCE;

    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

**经验之谈：**一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。