剑指Offer题目2：实现 Singleton 模式（Java）

p32 面试题2：实现Singleton 模式

一、有缺陷的 Double Check 单例

/**
 * 多线程高效单例 Double Check
 * @Author: hebin.yang
 * @CreateDate: 2019-06-30 11:35
 */
public class Ex2Singleton3 {

    private static Ex2Singleton3 instance;

    private Ex2Singleton3() {}

    /**
     * Double Check
     * 分析：因为 synchronized 关键字能够确保在释放锁以前，将数据刷新到主内存中，线程2 能够读取到最新的值
     * 从而确保不会重复建立对象。
     * 缺陷：无序性
     * new 一个对象分两步，并且是无序的。
     * @return
     */
    public static Ex2Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Ex2Singleton3.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Ex2Singleton3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
复制代码

二、安全版 Double Check 单例

/**
 * 安全版 Double Check 单例模式
 * @Author: hebin.yang
 * @CreateDate: 2019-06-30 16:02
 */
public class Ex2Singleton4 {

    /**
     * 增长 volatile 修饰，禁止建立对象指令重排序，修复多线程下因为指令重排序致使的异常
     */
    private static volatile Ex2Singleton4 instance;
    
    private Ex2Singleton4() {}
    
    public static Ex2Singleton4 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Ex2Singleton4.class) {
                if (instance ==  null) {
                    instance = new Ex2Singleton4();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
复制代码

关于 volatile 指令重排序的分析，详见如下文章：

Double check 为什么须要 volatile？

剑指Offer 说 double check 方法有点复杂容易出错实在有点牵强。

三、利用静态内部类初始化单例

特性：利用在 Java 中，静态内部类只会在第一次调用到时进行初始化的特性，实现单例模式。

/**
 * 静态内部类单例模式
 * @Author: hebin.yang
 * @CreateDate: 2019-06-30 16:33
 */
public class Ex2Singleton5 {

    static class SingletonHolder {
        private static Ex2Singleton5 INSTANCE = new Ex2Singleton5();
    }

    private Ex2Singleton5() {}

    public static Ex2Singleton5 getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
复制代码

分析：当Ex2Singleton5 加载时，并不会实例化静态内部类，只有当第一次调用静态内部类的 INSTANCE 时，才会加载 SingletonHolder，从而实例化 Ex2Singleton5 这个单例的对象。

优点：因为这种场景下单例对象的实例化，是在完成静态内部类加载时完成的，因此天生对多线程友好。getInstance() 也不须要关键字来同步。

优势：延迟加载，无需增长同步关键字（减小性能损耗）。

静态内部类又是如何实现线程安全的呢？

原理

因为静态内部类加载时只会执行一次类初始化方法 <clinit>()，JVM 对该方法加了锁，确保当多个线程同时试图去执行类的初始化方法 <clinit>()时,只有一个线程能执行，其他线程阻塞。而且，确保该方法只被执行一次。

因此实现了线程安全。

总结：一个静态内部类被加载初始化时，从类加载器的角度来看，是线程安全的，而单例对象 INSTANCE 在这个静态内部类中是一个静态 Field，因此它跟随这个静态内部类的加载而初始化，且只在类加载时初始化一次。

详细分析可参考：《类加载时机汇总》