单例模式



单例模式有以下特点：　

       1、单例类只能有一个实例。
　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

编写单例应该注意以下的问题

• 线程安全
• 延迟加载
• 序列化与反序列化安全

  
  

  a.懒加载模式

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

   缺点：当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候，就会创建多个实例。也就是说在多线程下不能正常工作。

  
  

  b.懒汉式

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

  虽然做到了线程安全，并且解决了多实例的问题，但是它并不高效。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要，即第一次创建单例实例对象时。这就引出了双重检验锁。

  c.双重检验锁模式  （synchronized已经起到了多线程下原子性、有序性、可见性的作用）

  双重检验锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁，因为会有两次检查 instance == null ，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。
  public static Singleton getSingleton () {
  if (instance == null ) { //Single Checked
  synchronized (Singleton.class) {
  if (instance == null ) { //Double Checked
  instance = new Singleton();
  }
  }
  }
  return instance ;
  }

  问题 主要在于 instance = 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。
  给 instance 分配内存
  调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
  将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 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。

  d.将 instance 变量声明成 volatile

  public class Singleton {
  private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
  private Singleton (){}
  public static Singleton getSingleton () {
  if (instance == null ) {
  synchronized (Singleton.class) {
  if (instance == null ) {
  instance = new Singleton();
  }
  }
  }
  return instance;
  }
  }

  有些人认为使用 volatile 的原因是可见性，也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本，每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性：禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作（这里的“后面”是时间上的先后顺序）。
  

  但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 内存模型）是存在缺陷的，即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。

  
  

  e 饿汉式 static final field

  public class Singleton {
  //类加载时就初始化
  private static final Singleton instance = new Singleton();
  private Singleton (){}
  public static Singleton getInstance (){
  return instance;
  }
  }

  缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance()方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的，在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它，那样这种单例写法就无法使用了。

  
  

  f   静态内部类 static nested class

  public class Singleton {
  private static class SingletonHolder {
  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  }
  private Singleton (){}
  public static final Singleton getInstance () {
  return SingletonHolder.INSTANCE;
  }
  }
  这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本。
  

  g 枚举 Enum

  public enum EasySingleton{
  INSTANCE;
  }
  
  我们可以通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例，这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的，所以不需要担心double checked locking，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。但是还是很少看到有人这样写，可能是因为不太熟悉吧。
  
  

  总结：  一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现，文章开头给出的第一种方法不算正确的写法