深入解析Java单例模式-优快云博客

理解单例模式
首先我们来对单例模式的概念了解一下。
单例模式：对象单例设计，就是设计类时保证类的实例在内存中只有一份。

实现方式有：
1）内部设计实现（对类自身进行设计）
2）外部设计实现（对类的对象提供一种池）

那么我们要思考的是：如何保证类的设计在内存中只有一份类的实例？
下面我们介绍几种模式：
一：懒汉模式
懒汉模式-1：
缺陷：线程不安全的单例设计（适用单线程）
``java`
class Singleton01{
//构造方法私有化，不允许外界直接构建对象

private Singleton01() {
	System.out.println("Singleton01()");
}
private static Singleton01 instance;
public  static Singleton01 getInstance() {
	if(instance == null) {
		instance = new Singleton01();
	}
	return instance;

}

}
此类的设计存在线程不安全？
思考：导致线程不安全的原因：
1):多个线程并发执行
2):多个线程有共享数据集
3):多个线程在共享数据集上的操作是非原子（不可再分对象）操作。
原子操作：必须是一个线程执行完了一个操作，其它线程才能执行操作

懒汉模式-2：
优点：线程安全
缺陷：低效率（synchronized:要让多个线程在这个代码块上顺序执行）

class Singleton02{
	//构造方法私有化，不允许外界直接构建对象
	private Singleton02() {
		System.out.println("Singleton02()");
	}
	private static Singleton02 instance;
	//保证线程安全可以加锁synchronized，但是加锁后会按顺序执行，效率降低
	//synchronized:保证代码的原子性(不能同时又多个线程对这个代码块进行访问)
	//synchronized:要让多个线程在这个代码块上顺序执行
	//此设计虽然保证了安全 ，但是性能会被降低
	public  synchronized static  Singleton02 getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton02();
		}
		return instance;
	}
}

二：饿汉模式
优点：线程安全且高效无阻塞的单例设计
适用：适用小对象，频繁使用
此单例的缺陷：隐式加载都会执行类的初始化，会先初始化类变量（1次）后续多线程访问的时候已经有值了。
可能会对资源占用较多，尤其是对大对象（长时间不用的对象），造成内存占用浪费。

class Singleton05{
	//大对象（长时间不用）
	//int[] array= new int[2048];
	//构造方法私有化，不允许外界直接构建对象
	private Singleton05() {
		System.out.println("Singleton05()");
	}

	//类加载的时候构建类的实例,类变量初始化一次
	private  static Singleton05 instance = new Singleton05();

	public  static  Singleton05 getInstance() {
		return instance;
	}
	public static void show() {

	}
}

三：静态内部类
优点：线程安全且高效无阻塞的单例设计
适用：适用，大对象，频繁用（多线程高并发，大量访问）

class Singleton06{
	int[] array= new int[2048];
	//构造方法私有化，不允许外界直接构建对象
	private Singleton06() {
		System.out.println("Singleton06()");
	}
	//通过内部类实现属性的延迟初始化(懒加载/延迟加载）
	static class inner{
		private  static Singleton06 instance = new Singleton06();
	}

	public  static  Singleton06 getInstance() {
		return inner.instance;
	}
	//public static void show() {}  访问show方法是内部类不会被加载

}

四：双重校验锁
优点：线程安全且高效有阻塞或少阻塞的单例设计
适用：大对象，稀少用（并发小，并发访问少）

class Singleton04{
	//构造方法私有化，不允许外界直接构建对象
	private Singleton04() {
		System.out.println("Singleton04()");
	}
	
	//记住：当多个线程对一个共享变量进行操作时，使用volatile关键字
	private static volatile Singleton04 instance;

	public  static  Singleton04 getInstance() {
		//静态方法的锁，默认是类名.class.字节码对象
		//实例方法的锁，默认是this(关键字）
		if(instance==null) {
			synchronized(Singleton04.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton04();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

volatile关键字（修饰类中属性）的作用：
1）保证线程的可见性
分析：操作系统给JVM开辟内存空间，运行程序可能是多个CPU，CPU执行程序要把代码读到CPU
CPU中有cache(高速缓冲存储器），CPU执行计算会做以下内容：
①会把主内存（操作系统给JVM开辟内存空间）的数据读到CPU内部的cache中
②操作系统和硬件进行调度的时候，需要总线来传递数据到CPU
CPU要读取内存空间的数据，是通过一个线程thread来读的总线（bus）
总线（bus）：计算机各种功能部件之间传递信息的公共通信干线。
保证线程的可见性:
一旦有一个线程修改了变量的取值，还会把这个值写回到主内存，一旦写回到主内存，如果这个
变量使用volatile关键字修饰，会立刻向总线发一个消息，这个消息就是通知其它线程我这个
变量的值已经改变了，其它线程不要修改值往主内存写了。然后这个CPU会立刻设置为这个线程
中的cache中的数据失效，它再想修改就要从主内存中重新去读取。
操作系统立刻通知总线（bus)其它线程这个变量值已经发生改变，你给原先CPU的值已经失效了。（底层做的事）

2）禁止指令重排序：
如instance = new Singleton04();会有如下过程
内存分配空间–>属性初始化–>调用构造方法–>为instance 赋值
可能存在内存分配空间后，有内存地址，直接为instance 赋值内存地址
这就没有按照顺序执行，加volatile关键字禁止指令重排序，按顺序执行
3）但不保证其原子性