单例模式之饿汉式与懒汉式

瑞雨

于 2020-08-09 21:10:56 发布

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分类专栏：设计模式文章标签：设计模式

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一、什么是单例模式

单例模式是Java中最简单的设计模式之一，在单例模式中，保证一个类只能有唯一的一个实例对象。

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

二、饿汉模式

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

饿汉模式的主要特点是，该类的唯一对象在类加载的时候就被创建，且该实例对象在类的整个生命周期都存在。

优点：

在类加载的时候就被创建，在多线程情况下也只会创建一个实例对象，是线程安全的。

缺点：

如果这个对象不被使用，也会一直占据内存空间，导致资源的浪费。

三、懒汉模式

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

懒汉模式可以在需要该实例对象的时候再进行创建，如果之前已经创建了该实例对象，则直接返回该对象。

优点：

与饿汉模式相应，可以避免内存空间的浪费

缺点：

懒汉模式不是线程安全的。在多线程并发执行的情况下，会导致多个实例对象被创建。

优化：

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

对懒汉模式的newInstance( )方法进行加锁，这样就避免了创建多个对象的问题。但是这样仍然存在问题，因为synchronized会对方法的执行效率产生影响，如果频繁调用newInstance( )方法，会导致程序运行效率的下降。所以采取DLC懒汉模式进行优化。

四、DLC懒汉模式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        if (instance == null){//第一次校验
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance == null){//第二次校验
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

DLC：Double-Lock-Check（双重校验锁）

采用双重校验锁，即使频繁调用newInstance方法，也只有在instance对象未被创建的时候才会加锁创建对象，而在大多数情况下直接返回已经创建过的对象。这就解决了synchronized锁对程序性能影响的问题。

虽然DLC解决了单例模式的懒加载、线程安全和性能提高，但是仍然存在隐患，这种隐患在JDK1.5进行了消除。

五、DLC懒汉模式存在的隐患

对象被创建的过程不是原子性的，它可以分为三个步骤：

开辟内存空间
执行构造方法，初始化对象
将开辟的内存空间地址赋值给instance字段

在JVM中又存在指令重排序的特点，单线程情况下，在不影响执行结果的前提下，JVM会对要执行的语句顺序进行优化，即指令重排序。在单线程情况下，指令重排序是没有什么问题的，但是在多线程情况下，指令重排序就会造成一定的问题。

在对象创建的过程中，对于A、B两个线程，如果发生了指令重排序，A线程执行语句的顺序为1->3->2，且A线程在执行2过程之前，B线程开始执行，这时就会产生问题。对于B线程，因为A线程已经将开辟空间的地址赋值给了instance字段，在DLC第一次校验 if(instance == null) 的时候，就会发现instance不等于null，然后直接返回了instance，而此时A线程还没有进行对象的初始化。

对这种情况下指令重排序的解决方案就是，加入volatile关键字，禁止指令重排序，也就是JDK1.5对DLC懒汉模式的优化：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;//加入volatile关键字禁止指令重排序
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}