单例模式



不管以那种形式实现单例模式，核心原理就是将构造函数私有化，并且通过静态方法获取一个唯一的实例。在这个获取过程中必须保证线程安全、防止序列化导致重新生成实例对象等问题。

1.懒汉式

添加synchronized可以在多线程情况下保证单例对象的唯一性。

优点：单例只有在使用的时候才会进行实例化，在一定程度上节约了资源。

缺点：第一次加载需要实例化，反应稍慢，每次调用时都同步，造成不必要的开销。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

2.饿汉式

在类装载时就进行了实例化

优点：没有加锁，线程安全，执行效率高

缺点：类加载时就初始化，浪费资源

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

    private Singleton() {
    }

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

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {
    }

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

3.双重检验锁(DCL)

对懒汉式进一步的完善，不仅可以避免每次都进行同步造成不必要的开销，也可以在需要的时候在进行实例化，节省资源。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }

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

上面添加了volatile关键字，如果没有volatile关键字，在执行instance = new Singleton()时可能会出现问题，伪代码如下：

    inst = allocat();   // 第一步：分配内存
    constructor(inst);  // 第二步：执行构造函数
    instance = inst;    // 第三步：赋值，将instance对象指向分配的内存空间(此时instance就不是null了)

这个地方涉及到了java内存模型。

由于Java编译器允许处理器乱序执行，所以第二步和第三步的顺序无法保证。如果第三步先执行完毕、第二步未执行时，有另外的线程调用了instance，由于已经赋值，将判断不为null，拿去直接使用，但其实构造函数还未执行，成员变量等字段都未初始化，直接使用，就会报错。这就是DCL失效问题，而且很难复现。

对volatile变量的写操作，不允许和它之前的读写操作打乱顺序；对volatile变量的读操作，不允许和它之后的读写乱序。

当一个线程要使用共享内存中的volatile变量时，它会直接从主内存中读取，而不是使用自己本地内存中的副本。当一个线程对一个volatile变量进行写时，它会将这个共享变量值刷新到共享内存中。

volatile的使用，或多或少会影响性能，但是对于程序的稳定性来说，这点牺牲不算什么。上面的代码还可以优化：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;

    public static Singleton getInstance() {
        Singleton inst = instance; // 创建临时变量
        if (inst == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                inst = instance;
                if (inst == null) {
                    inst = new Singleton();
                }
            }
        }
        return inst; // 返回临时变量
    }

    private Singleton() {}
}

我们添加了一个临时变量，这样除了第一次初始化之外，之后的访问，都会减少对instance的访问，从未在一定程度上提高性能。

4.枚举

写法简单，线程安全

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

写法简单，是枚举的最大特点，最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下他都是一个单例。
我们使用单例模式就是为了某个类的实例是唯一的。但如果这个类是可以序列化的时，比如实现了Serializable接口等情况下，通过序列化可将一个单例的实例对象写到磁盘，然后在都会来，从而有效的获得一个实例。即使函数的构造方法是私有的，反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，相当于调用了该类的构造函数。反序列化操作提供了一个很特别的钩子函数，类中具有一个私有的、被实例化的方法readResolve()，这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。为了保证反序列化的过程中仍然保持单例的特性，可以在单例中添加一个readResolve()方法

    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return instance;
    }

在反序列化从I/O流中读取读取对象时，readResolve()方法会被调用，实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换掉在反序列化中创建的对象。

参考连接：http://developer.51cto.com/art/201202/317181.htm

5.静态内部类单例

线程安全，能保证唯一性，在需要的时候再进行实例化

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

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

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
}

6.容器实现单例模式