详谈单例、饿汉、和懒汉模式
1、基本概念
单例模式属于建立型设计模式。设计模式
确保一个类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点。安全
实现: 使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。bash
2、结构
类图:多线程
私有构造函数保证了不能经过构造函数来建立对象实例，只能经过公有静态函数返回惟一的私有静态变量。并发
3、几类经典单例模式实现
一、懒汉式-线程不安全
下面的实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样作的好处是，若是没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。jvm
这个实如今多线程环境下是不安全的，若是多个线程可以同时进入 if (uniqueInstance == null) ，而且此时 uniqueInstance == null，那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将致使实例化屡次 uniqueInstance。函数
// 懒汉式: 线程不安全
// 有延迟加载: 不是在类加载的时候就建立了，而是在调用newStance()的时候才会建立
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton(){
}
public static Singleton newInstance(){
if(uniqueInstance == null)
uniqueInstance = new Singleton();
return uniqueInstance;
}
}复制代码
二、懒汉式-线程安全-性能很差
为了解决上面的问题，咱们能够直接在newInstance()方法上面直接加上一把synchronized同步锁。那么在一个时间点只能有一个线程可以进入该方法，从而避免了实例化屡次 uniqueInstance。性能
可是当一个线程进入该方法以后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，即便 uniqueInstance已经被实例化了。这会让线程阻塞时间过长，所以该方法有性能问题，不推荐使用。测试
public static synchronized Singleton newInstance(){//在上面的基础上加了synchronized
if(uniqueInstance == null)
uniqueInstance = new Singleton();
return uniqueInstance;
}复制代码
三、饿汉式-线程安全-无延迟加载
饿汉式就是 : 采起直接实例化 uniqueInstance 的方式，这样就不会产生线程不安全问题。ui
这种方式比较经常使用，但容易产生垃圾对象(丢失了延迟实例化(lazy loading)带来的节约资源的好处)。
它基于 classloader机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然致使类装载的缘由有不少种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 可是也不能肯定有其余的方式（或者其余的静态方法）致使类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazyloading 的效果。
public class Singleton {
// 急切的建立了uniqueInstance, 因此叫饿汉式
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton(){
}
public static Singleton newInstance(){
return uniqueInstance;
}
// 瞎写一个静态方法。这里想说的是，若是咱们只是要调用 Singleton.getStr(...)，
// 原本是不想要生成 Singleton 实例的，不过没办法，已经生成了
public static String getStr(String str) {return "hello" + str;}
}复制代码
四、双重校验锁-线程安全
uniqueInstance 只须要被实例化一次，以后就能够直接使用了。加锁操做只须要对实例化那部分的代码进行，只有当uniqueInstance 没有被实例化时，才须要进行加锁。
双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，若是没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
// 双重加锁
public class Singleton {
// 和饿汉模式相比，这边不须要先实例化出来
// 注意这里的 volatile，使用 volatile 能够禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton newInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
// 这一次判断也是必须的，否则会有并发问题
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}复制代码
注意，内层的第二次if (uniqueInstance == null) {也是必须的，若是不加: 也就是只使用了一个 if 语句。在uniqueInstance == null的状况下，若是两个线程都执行了 if 语句，那么两个线程都会进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操做，可是两个线程都会执行uniqueInstance = new Singleton();这条语句，只是前后的问题，那么就会进行两次实例化。所以必须使用双重校验锁，也就是须要使用两个 if 语句。
volatile 关键字修饰也是颇有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码实际上是分为三步执行：
- 1)、为
uniqueInstance分配内存空间； - 2)、初始化
uniqueInstance； - 3)、将
uniqueInstance指向分配的内存地址；
可是因为 JVM 具备指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1>3>2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，可是在多线程环境下会致使一个线程得到尚未初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 newInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，所以返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。
使用 volatile 能够禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
五、静态内部类实现
当 Singleton 类加载时，静态内部类 Holder 没有被加载进内存。只有当调用 newInstance()方法从而触发 Holder.uniqueInstance 时 Holder 才会被加载，此时初始化 uniqueInstance实例，而且 JVM 能确保 uniqueInstance只被实例化一次。
这种方式不只具备延迟初始化的好处，并且由 JVM 提供了对线程安全的支持。
这种方式是 Singleton 类被装载了，uniqueInstance不必定被初始化。由于Holders 类没有被主动使用，只有经过显式调用newInstance()方法时，才会显式装载 Holder 类，从而实例化uniqueInstance。
public class Singleton {
private Singleton() {
}
// 主要是使用了 嵌套类能够访问外部类的静态属性和静态方法 的特性
// 不少人都会把这个嵌套类说成是静态内部类，严格地说，内部类和嵌套类是不同的，它们能访问的外部类权限也是不同的。
private static class Holder {
private static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();
}
public static Singleton newInstance() {
return Holder.uniqueInstance;
}
}复制代码
六、枚举实现
这种实现方式尚未被普遍采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止屡次实例化。
该实如今屡次序列化再进行反序列化以后，不会获得多个实例。而其它实现须要使用 transient修饰全部字段，而且实现序列化和反序列化的方法。
枚举实现单例 (+测试):
public class Singleton {
private Singleton() {
}
public static Singleton newInstance() {
return Sing.INSTANCE.newInstance();
}
private enum Sing {
INSTANCE;
private Singleton singleton;
//jvm guarantee only run once
Sing() {
singleton = new Singleton();
}
public Singleton newInstance() {
return singleton;
}
}
public static int clientTotal = 1000;
public static int threadTotal = 200;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
Set<Singleton>set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());//注意set也要加锁
for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
executorService.execute(() -> {
try {
semaphore.acquire();
set.add(Singleton.newInstance());
semaphore.release();
} catch (Exception e) {
}
countDownLatch.countDown();
});
}
countDownLatch.await();
executorService.shutdown();
System.out.println(set.size());//1
}
}复制代码
关于序列化和反序列化:
public enum Singleton {
INSTANCE;
private String name;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}复制代码
测试:
public class Test {
public static void main(String[] args){
// 单例测试
Singleton s1 = Singleton.INSTANCE;
s1.setName("firstName");
System.out.println("s1.getName(): " + s1.getName());
Singleton s2 = Singleton.INSTANCE;
s2.setName("secondName");
//注意我这里输出s1 ，可是已经变成了 secondName
System.out.println("s1.getName(): " + s1.getName());
System.out.println("s2.getName(): " + s2.getName());
System.out.println("-----------------");
// 反射获取实例测试
Singleton[] enumConstants = Singleton.class.getEnumConstants();
for (Singleton enumConstant : enumConstants)
System.out.println(enumConstant.getName());
}
}复制代码
输出:
s1.getName(): firstName
s1.getName(): secondName
s2.getName(): secondName
-----------------
secondName复制代码
该实现能够防止反射攻击。在其它实现中，经过
setAccessible()(反射中的强制访问私有属性方法) 方法能够将私有构造函数的访问级别设置为 public，而后调用构造函数从而实例化对象，若是要防止这种攻击，须要在构造函数中添加防止屡次实例化的代码。该实现是由 JVM 保证只会实例化一次，所以不会出现上述的反射攻击。
4、总结
通常状况下，不建议使用懒汉方式，建议使用饿汉方式。
只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用静态内部类方式。
若是涉及到反序列化建立对象时，能够尝试使用枚举方式。
若是有其余特殊的需求，能够考虑使用双检锁方式。
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