設計模式系列-單例模式

一般Java實現單例模式有不少種方式，大體可分爲懶漢模式和餓漢模式，其主要區別是實例延遲加載的問題，固然單例模式每每也關注其餘問題，如：線程安全等。下面試圖來總結單例模式的這些注意點。

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餓漢模式

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

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}複製代碼

餓漢模式在類加載時候就實例化對象，使用時直接調用getInstance()方法。這個模式下，是線程安全的，在多線程併發模式下不會重複實例化對象。
缺點：對象過早的實例化，浪費系統資源。

懶漢模式

public class Singleton {
    private Singleton(){}
    private static Singleton instance = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}複製代碼

這種模式下在類加載時候並無實例化對象，而是在調用getInstance()方法。之因此使用懶漢模式，是爲了不多早的實例化對象，從而浪費系統資源。
缺點：僅適用於單線程，線程不安全。

改進1 - 引入synchronized

public class Singleton {
    private Singleton(){}
    private static Singleton instance = null;

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}複製代碼

之因此引入synchronized修飾getInstance()方法，是爲了解決線程不安全的問題。利用多線程同步機制，讓原先的線程不安全迴歸到線程安全。但引入synchronized會由於線程阻塞、切換會帶一些沒必要要的開銷，從而下降系統性能。

改進2 - 雙重檢查鎖定

public class Singleton {
    private Singleton(){}
    private static volatile Singleton instance = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {              // A
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {      // B
                    instance = new Singleton(); // C
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}複製代碼

對比改進1中，能夠看到synchronized再也不修飾一個方法，而是縮減到修改代碼塊，由於加鎖同步的話，範圍越小，性能影響最小。

這裏能夠注意到修飾變量instance的關鍵字增長了volatile。這裏volatile主要做用是提供內存屏障，禁止指令重排序。

現有t一、t2兩個線程同時訪問getInstance(),假設t一、t2都執行到A處。因爲有同步鎖，只能有個1個線程得到鎖，假如t1擁有該同步鎖，t1執行到C處instace = new Singleton()。將會作以下3步驟：
1.分配內存空間
2.初始化
3.將instance指向分配內存空間
正常的執行順序應爲：1->2->3。執行第3步時，這時候的instance就再也不是null了。但因爲指令重排序的存在，執行順序有可能變化爲：1->3->2。當執行3的時候，instance就再也不是null，但初始化工做有可能尚未作完。這時候若是t2獲取鎖執行的話，就會直接獲取有可能尚未初始化完成的instance。這樣使用instance會引發程序報錯。固然這也是極端狀況下，我嘗試幾回沒法捕捉重現，但並不意味着問題不存在。volatile固然仍是要加的。

A處if判斷做用主要是防止過可能是線程執行同步代碼塊；若是是單例模式的話，這裏同步代碼塊只會被執行一次。B處if判斷做用主要是防止多線程做用下重複實例化，保證線程安全。這也被稱爲：雙重檢查鎖定。

雙重檢查鎖定屬於一種兼顧線程安全和性能的實現。

改進3 - 靜態內部類

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

    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.instance; // 執行Holder的初始化工做
    }
}複製代碼

使用靜態內部類也是懶漢模式的一種實現，當調用ggetInstance()纔會觸發加載靜態內部類，從而初始化獲取instance實例。利用靜態內部類的加載機制來保證線程安全。

枚舉方式

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    Singleton(){}

    public Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

}複製代碼

用枚舉方式實現單例模式，是目前比較推薦的。枚舉方式的好處是：一、線程安全；二、防止反射出現多個實例；三、防止反序列化出現多個實例。

以上是關於java單例模式的一些總結，若有紕漏，還請指出。

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