1. 前言html
单例(Singleton)应该是开发者们最熟悉的设计模式了，而且好像也是最容易实现的——基本上每一个开发者都可以随手写出——可是，真的是这样吗？java
做为一个Java开发者，也许你以为本身对单例模式的了解已经足够多了。我并不想危言耸据说必定还有你不知道的——毕竟我本身的了解也的确有限，但究竟你本身了解的程度到底怎样呢？往下看，咱们一块儿来聊聊看~git
2. 什么是单例？设计模式
单例对象的类必须保证只有一个实例存在——这是维基百科上对单例的定义，这也能够做为对意图实现单例模式的代码进行检验的标准。安全
对单例的实现能够分为两大类——懒汉式和饿汉式，他们的区别在于：多线程
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懒汉式：指全局的单例实例在第一次被使用时构建。并发
-
饿汉式：指全局的单例实例在类装载时构建。jvm
从它们的区别也能看出来，平常咱们使用的较多的应该是懒汉式的单例，毕竟按需加载才能作到资源的最大化利用嘛~函数
3. 懒汉式单例post
先来看一下懒汉式单例的实现方式。
3.1 简单版本
看最简单的写法Version 1：
// Version 1
public class Single1 {
private static Single1 instance;
public static Single1 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Single1();
}
return instance;
}
}
或者再进一步，把构造器改成私有的，这样可以防止被外部的类调用。
// Version 1.1
public class Single1 {
private static Single1 instance;
private Single1() {}
public static Single1 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Single1();
}
return instance;
}
}
我仿佛记得当初学校的教科书就是这么教的？—— 每次获取instance以前先进行判断，若是instance为空就new一个出来，不然就直接返回已存在的instance。
这种写法在大多数的时候也是没问题的。问题在于，当多线程工做的时候，若是有多个线程同时运行到if (instance == null)，都判断为null，那么两个线程就各自会建立一个实例——这样一来，就不是单例了。
3.2 synchronized版本
那既然可能会由于多线程致使问题，那么加上一个同步锁吧！
修改后的代码以下，相对于Version1.1，只是在方法签名上多加了一个synchronized：
// Version 2
public class Single2 {
private static Single2 instance;
private Single2() {}
public static synchronized Single2 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Single2();
}
return instance;
}
}
OK，加上synchronized关键字以后，getInstance方法就会锁上了。若是有两个线程（T一、T2）同时执行到这个方法时，会有其中一个线程T1得到同步锁，得以继续执行，而另外一个线程T2则须要等待，当第T1执行完毕getInstance以后（完成了null判断、对象建立、得到返回值以后），T2线程才会执行执行。——因此这端代码也就避免了Version1中，可能出现由于多线程致使多个实例的状况。
可是，这种写法也有一个问题：给gitInstance方法加锁，虽然会避免了可能会出现的多个实例问题，可是会强制除T1以外的全部线程等待，实际上会对程序的执行效率形成负面影响。
3.3 双重检查（Double-Check）版本
Version2代码相对于Version1d代码的效率问题，实际上是为了解决1%概率的问题，而使用了一个100%出现的防御盾。那有一个优化的思路，就是把100%出现的防御盾，也改成1%的概率出现，使之只出如今可能会致使多个实例出现的地方。
——有没有这样的方法呢？固然是有的，改进后的代码Vsersion3以下：
// Version 3
public class Single3 {
private static Single3 instance;
private Single3() {}
public static Single3 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Single3.class) {
if (instance == null) {
instance = new Single3();
}
}
}
return instance;
}
}
这个版本的代码看起来有点复杂，注意其中有两次if (instance == null)的判断，这个叫作『双重检查 Double-Check』。
-
第一个if (instance == null)，实际上是为了解决Version2中的效率问题，只有instance为null的时候，才进入synchronized的代码段——大大减小了概率。
-
第二个if (instance == null)，则是跟Version2同样，是为了防止可能出现多个实例的状况。
—— 这段代码看起来已经完美无瑕了。
……
……
……
—— 固然，只是『看起来』，仍是有小几率出现问题的。
这弄清楚为何这里可能出现问题，首先，咱们须要弄清楚几个概念：原子操做、指令重排。
知识点：什么是原子操做？
简单来讲，原子操做（atomic）就是不可分割的操做，在计算机中，就是指不会由于线程调度被打断的操做。
好比，简单的赋值是一个原子操做：
m = 6; // 这是个原子操做
假如m原先的值为0，那么对于这个操做，要么执行成功m变成了6，要么是没执行m仍是0，而不会出现诸如m=3这种中间态——即便是在并发的线程中。
而，声明并赋值就不是一个原子操做：
int n = 6; // 这不是一个原子操做
对于这个语句，至少有两个操做：
①声明一个变量n
②给n赋值为6
——这样就会有一个中间状态：变量n已经被声明了可是尚未被赋值的状态。
——这样，在多线程中，因为线程执行顺序的不肯定性，若是两个线程都使用m，就可能会致使不稳定的结果出现。
知识点：什么是指令重排？
简单来讲，就是计算机为了提升执行效率，会作的一些优化，在不影响最终结果的状况下，可能会对一些语句的执行顺序进行调整。
好比，这一段代码：
int a ; // 语句1 a = 8 ; // 语句2 int b = 9 ; // 语句3 int c = a + b ; // 语句4
正常来讲，对于顺序结构，执行的顺序是自上到下，也即1234。
可是，因为指令重排的缘由，由于不影响最终的结果，因此，实际执行的顺序可能会变成3124或者1324。
因为语句3和4没有原子性的问题，语句3和语句4也可能会拆分红原子操做，再重排。
——也就是说，对于非原子性的操做，在不影响最终结果的状况下，其拆分红的原子操做可能会被从新排列执行顺序。
OK，了解了原子操做和指令重排的概念以后，咱们再继续看Version3代码的问题。
下面这段话直接从陈皓的文章(深刻浅出单实例SINGLETON设计模式)中复制而来：
主要在于singleton = new Singleton()这句，这并不是是一个原子操做，事实上在 JVM 中这句话大概作了下面 3 件事情。
1. 给 singleton 分配内存
2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，造成实例
3. 将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 null 了）
可是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序多是 1-2-3 也多是 1-3-2。若是是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行以前，被线程二抢占了，这时 instance 已是非 null 了（但却没有初始化），因此线程二会直接返回 instance，而后使用，而后瓜熟蒂落地报错。
再稍微解释一下，就是说，因为有一个『instance已经不为null可是仍没有完成初始化』的中间状态，而这个时候，若是有其余线程恰好运行到第一层if (instance == null)这里，这里读取到的instance已经不为null了，因此就直接把这个中间状态的instance拿去用了，就会产生问题。
这里的关键在于——线程T1对instance的写操做没有完成，线程T2就执行了读操做。
3.4 终极版本：volatile
对于Version3中可能出现的问题（固然这种几率已经很是小了，但毕竟仍是有的嘛~），解决方案是：只须要给instance的声明加上volatile关键字便可，Version4版本：
// Version 4
public class Single4 {
private static volatile Single4 instance;
private Single4() {}
public static Single4 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Single4.class) {
if (instance == null) {
instance = new Single4();
}
}
}
return instance;
}
}
volatile关键字的一个做用是禁止指令重排，把instance声明为volatile以后，对它的写操做就会有一个内存屏障（什么是内存屏障？），这样，在它的赋值完成以前，就不用会调用读操做。
注意：volatile阻止的不singleton = new Singleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排，而是保证了在一个写操做（[1-2-3]）完成以前，不会调用读操做（if (instance == null)）。
——也就完全防止了Version3中的问题发生。
——好了，如今完全没什么问题了吧？
……
……
……
好了，别紧张，的确没问题了。大名鼎鼎的EventBus中，其入口方法EventBus.getDefault()就是用这种方法来实现的。
……
……
……
不过，非要挑点刺的话仍是能挑出来的，就是这个写法有些复杂了，不够优雅、简洁。
4. 饿汉式单例
下面再聊了解一下饿汉式的单例。
如上所说，饿汉式单例是指：指全局的单例实例在类装载时构建的实现方式。
因为类装载的过程是由类加载器（ClassLoader）来执行的，这个过程也是由JVM来保证同步的，因此这种方式先天就有一个优点——可以免疫许多由多线程引发的问题。
4.1 饿汉式单例的实现方式
饿汉式单例的实现以下：
//饿汉式实现
public class SingleB {
private static final SingleB INSTANCE = new SingleB();
private SingleB() {}
public static SingleB getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
对于一个饿汉式单例的写法来讲，它基本上是完美的了。
因此它的缺点也就只是饿汉式单例自己的缺点所在了——因为INSTANCE的初始化是在类加载时进行的，而类的加载是由ClassLoader来作的，因此开发者原本对于它初始化的时机就很难去准确把握：
-
可能因为初始化的太早，形成资源的浪费
-
若是初始化自己依赖于一些其余数据，那么也就很难保证其余数据会在它初始化以前准备好。
固然，若是所需的单例占用的资源不多，而且也不依赖于其余数据，那么这种实现方式也是很好的。
知识点：何时是类装载时？
前面提到了单例在类装载时被实例化，那究竟何时才是『类装载时』呢？
不严格的说，大体有这么几个条件会触发一个类被加载：
1. new一个对象时
2. 使用反射建立它的实例时
3. 子类被加载时，若是父类还没被加载，就先加载父类
4. jvm启动时执行的主类会首先被加载
5. 一些其余的实现方式
5.1 Effective Java 1 —— 静态内部类
《Effective Java》一书的初版中推荐了一个中写法：
// Effective Java 初版推荐写法
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种写法很是巧妙：
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对于内部类SingletonHolder，它是一个饿汉式的单例实现，在SingletonHolder初始化的时候会由ClassLoader来保证同步，使INSTANCE是一个真·单例。
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同时，因为SingletonHolder是一个内部类，只在外部类的Singleton的getInstance()中被使用，因此它被加载的时机也就是在getInstance()方法第一次被调用的时候。
——它利用了ClassLoader来保证了同步，同时又能让开发者控制类加载的时机。从内部看是一个饿汉式的单例，可是从外部看来，又的确是懒汉式的实现。
简直是神乎其技。
5.2 Effective Java 2 —— 枚举
你觉得到这就算完了？不，并无，由于厉害的大神又发现了其余的方法。
《Effective Java》的做者在这本书的第二版又推荐了另一种方法，来直接看代码：
// Effective Java 第二版推荐写法
public enum SingleInstance {
INSTANCE;
public void fun1() {
// do something
}
}
// 使用
SingleInstance.INSTANCE.fun1();
看到了么？这是一个枚举类型……连class都不用了，极简。
因为建立枚举实例的过程是线程安全的，因此这种写法也没有同步的问题。
做者对这个方法的评价：
这种写法在功能上与共有域方法相近，可是它更简洁，无偿地提供了序列化机制，绝对防止对此实例化，即便是在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。虽然这中方法尚未普遍采用，可是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
枚举单例这种方法问世一些，许多分析文章都称它是实现单例的最完美方法——写法超级简单，并且又能解决大部分的问题。
不过我我的认为这种方法虽然很优秀，可是它仍然不是完美的——好比，在须要继承的场景，它就不适用了。
6. 总结
OK，看到这里，你还会以为单例模式是最简单的设计模式了么？再回头看一下你以前代码中的单例实现，以为是无懈可击的么？
可能咱们在实际的开发中，对单例的实现并无那么严格的要求。好比，我若是能保证全部的getInstance都是在一个线程的话，那其实第一种最简单的教科书方式就够用了。再好比，有时候，个人单例变成了多例也可能对程序没什么太大影响……
可是，若是咱们能了解更多其中的细节，那么若是哪天程序出了些问题，咱们起码能多一个排查问题的点。早点解决问题，就能早点回家吃饭……
—— 还有，完美的方案是不存在，任何方式都会有一个『度』的问题。好比，你的以为代码已经无懈可击了，可是由于你用的是JAVA语言，可能ClassLoader有些BUG啊……你的代码谁运行在JVM上的，可能JVM自己有BUG啊……你的代码运行在手机上，可能手机系统有问题啊……你生活在这个宇宙里，可能宇宙自己有些BUG啊……
因此，尽力作到能作到的最好就好了。
原文转载：https://www.cnblogs.com/dongyu666/p/6971783.html