單例模式算是設(shè)計(jì)模式中最容易理解，也是最容易手寫代碼的模式，但是其中涉及的知識點(diǎn)卻一點(diǎn)也不少，所以經(jīng)常作為面試題來考。一般單例都是五種寫法：懶漢，餓漢，雙重校驗(yàn)鎖，靜態(tài)內(nèi)部類和枚舉。為了記錄學(xué)習(xí)過程的過程，這里整理了幾種常見的單例寫法，

青銅5：（Lazy-loaded，但線程不安全）

當(dāng)被問到要實(shí)現(xiàn)一個(gè)單例模式時(shí)，很多人的第一反應(yīng)是寫出如下的代碼，包括教科書上也是這樣教我們的。

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

這段代碼簡單明了，而且使用了延遲加載模式，但是線程不安全。多線程環(huán)境下調(diào)用 getInstance() 方法，可能會發(fā)生多個(gè)線程進(jìn)入if語句的程序代碼塊。

懶漢式：synchronized（Lazy-loaded，線程安全，但不高效）

為了解決上面的問題，最簡單的方法是將整個(gè) getInstance() 方法設(shè)為同步（synchronized）。

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

雖然做到了線程安全、延遲加載，但是它并不高效。因?yàn)樵谌魏螘r(shí)候只能有一個(gè)線程調(diào)用 getInstance() 方法。但是synchronized操作只需要在第一次調(diào)用時(shí)才被需要，即第一次創(chuàng)建單例實(shí)例對象時(shí)。這種模式導(dǎo)致即使在單例創(chuàng)建完成后，每次依然只有一個(gè)線程可以訪問getInstance（）方法，會導(dǎo)致潛在的性能問題。這就引出了雙重檢驗(yàn)鎖。

餓漢式：static final field（非Lazy-loaded）

這種方法非常簡單，因?yàn)閱卫膶?shí)例被聲明成 static final，在第一次加載類到內(nèi)存中時(shí)就會初始化，所以創(chuàng)建實(shí)例對象是線程安全的（由JVM實(shí)現(xiàn)保證）。

public class Singleton{
 //類加載時(shí)就初始化
 private static final Singleton instance = new Singleton();
 private Singleton(){}
 public static Singleton getInstance(){  // Singleton with static factory
 return instance;
 }
}

它不是一種懶加載模式，instance會在加載類后一開始就被初始化，即使客戶端沒有調(diào)用 getInstance()方法。這會導(dǎo)致一些使用限制：譬如 Singleton 實(shí)例的創(chuàng)建是依賴參數(shù)或者配置文件的，在 getInstance() 之前必須調(diào)用某個(gè)方法設(shè)置參數(shù)給它，那樣這種單例寫法就無法使用了。類似的方法還有：

public class Singleton{
 public static final Singleton instance = new Singleton(); // Singleton with public final field
 private Singleton(){}
}
// <Effective Java>第14頁講訴了兩者的差異

雙重檢驗(yàn)鎖 + volatile（Lazyload，線程安全，但晦澀）

雙重檢驗(yàn)鎖模式（double checked locking pattern），是一種使用同步塊加鎖的方法。程序員稱其為雙重檢查鎖，因?yàn)闀袃纱螜z查 instance == null，一次是在同步塊外，一次是在同步塊內(nèi)。為什么在同步塊內(nèi)還要再檢驗(yàn)一次？因?yàn)榭赡軙卸鄠€(gè)線程一起進(jìn)入同步塊外的 if，如果在同步塊內(nèi)不進(jìn)行二次檢驗(yàn)的話就會生成多個(gè)實(shí)例對象了。

public static Singleton getSingleton() {
 if (instance == null) {       //Single Checked
  synchronized (Singleton.class) {
   if (instance == null) {     //Double Checked
    instance = new Singleton();
   }
  }
 }
 return instance ;
}

這段代碼看起來很完美，很可惜它是有問題的。主要在于instance = new Singleton()這句，這并非是一個(gè)原子操作，事實(shí)上在 JVM 中這句話大概做了下面 3 件事情。

1. 給 instance 分配內(nèi)存
2. 調(diào)用 Singleton 的構(gòu)造函數(shù)來初始化成員變量
3. 將instance對象指向分配的內(nèi)存空間（執(zhí)行完這步 instance 就為非 null 了）

但是在 JVM 的JIT編譯器中存在指令重排序的優(yōu)化。也就是說上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執(zhí)行順序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，則在 3 執(zhí)行完畢、2未執(zhí)行之前，被線程二搶占了，這時(shí) instance 已經(jīng)是非 null 了（但卻沒有初始化），所以線程二會直接返回 instance，然后使用，然后順理成章地報(bào)錯(cuò)。為此，我們需要將 instance 變量聲明成 volatile 。

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

但是特別注意在 Java 1.5 以前的版本使用了 volatile 的雙檢鎖還是有問題的，這個(gè)問題在 Java 1.5 中才得以修復(fù)，所以在這之后才可以放心使用 volatile。

靜態(tài)內(nèi)部類：IoDH，initialization-on-demand holder

這個(gè)模式綜合使用了Java的靜態(tài)內(nèi)部類和多線程缺省同步鎖的知識，很巧妙地同時(shí)實(shí)現(xiàn)了延遲加載和線程安全。

public class Singleton {
 private Singleton() {}
 private static class LazyHolder {
  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 }
 public static Singleton getInstance() {   // From wikipedia
  return LazyHolder.INSTANCE;
 }
}

靜態(tài)內(nèi)部類相當(dāng)于其外部類的static部分，它的對象不依賴于外部類對象，因此可以直接創(chuàng)建。靜態(tài)內(nèi)部類只有在第一次被使用的時(shí)候才會被轉(zhuǎn)載。

多線程缺省同步鎖

　大家都知道，在多線程開發(fā)中，為了解決并發(fā)問題，主要是通過使用synchronized來加互斥鎖進(jìn)行同步控制。但是在某些情況中，JVM已經(jīng)隱含地為您執(zhí)行了同步，這些情況下就不需要手動(dòng)進(jìn)行同步控制了。這些情況包括：

   1.由靜態(tài)初始化器（在靜態(tài)字段上或static{}塊中的初始化器）初始化數(shù)據(jù)時(shí)

　2.訪問final字段時(shí)

　3.在創(chuàng)建線程之前創(chuàng)建對象時(shí)

　4.線程可以看見它將要處理的對象時(shí)

枚舉 Enum

從Java 1.5起，只需編寫一個(gè)包含單個(gè)元素的枚舉類型：

public enum Singleton {
 INSTANCE;
}

這種方法在功能上與公有域方法相近，但是它更加簡潔，無償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制，絕對防止多次實(shí)例化，即使是在面向復(fù)雜的序列化或者反射攻擊的時(shí)候。雖然這種方法還沒有廣泛采用，但是單元素的枚舉類型以及成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。

--------------------以下是幾個(gè)細(xì)節(jié)存疑的實(shí)現(xiàn)方法---------------------

1.static final到底有哪些細(xì)節(jié)

2.static field處的賦值初始化到底和static代碼塊有先后嗎?

3.靜態(tài)內(nèi)部類的單例模式到底怎么寫

4.P50 in Java EE設(shè)計(jì)模式解析與應(yīng)用中的例子真的有Lazyload效果嗎?

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助，同時(shí)也希望多多支持腳本之家！

最新評論