劍指Offer題目2：實現 Singleton 模式（Java）

p32 面試題2：實現Singleton 模式

一、有缺陷的 Double Check 單例

/**
 * 多線程高效單例 Double Check
 * @Author: hebin.yang
 * @CreateDate: 2019-06-30 11:35
 */
public class Ex2Singleton3 {

    private static Ex2Singleton3 instance;

    private Ex2Singleton3() {}

    /**
     * Double Check
     * 分析：因爲 synchronized 關鍵字能夠確保在釋放鎖以前，將數據刷新到主內存中，線程2 能夠讀取到最新的值
     * 從而確保不會重複建立對象。
     * 缺陷：無序性
     * new 一個對象分兩步，並且是無序的。
     * @return
     */
    public static Ex2Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Ex2Singleton3.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Ex2Singleton3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
複製代碼

二、安全版 Double Check 單例

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

    /**
     * 增長 volatile 修飾，禁止建立對象指令重排序，修復多線程下因爲指令重排序致使的異常
     */
    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;
    }
}
複製代碼

關於 volatile 指令重排序的分析，詳見如下文章：

Double check 爲什麼須要 volatile？

劍指Offer 說 double check 方法有點複雜容易出錯實在有點牽強。

三、利用靜態內部類初始化單例

特性：利用在 Java 中，靜態內部類只會在第一次調用到時進行初始化的特性，實現單例模式。

/**
 * 靜態內部類單例模式
 * @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;
    }
}
複製代碼

分析：當Ex2Singleton5 加載時，並不會實例化靜態內部類，只有當第一次調用靜態內部類的 INSTANCE 時，纔會加載 SingletonHolder，從而實例化 Ex2Singleton5 這個單例的對象。

優點：因爲這種場景下單例對象的實例化，是在完成靜態內部類加載時完成的，因此天生對多線程友好。getInstance() 也不須要關鍵字來同步。

優勢：延遲加載，無需增長同步關鍵字（減小性能損耗）。

靜態內部類又是如何實現線程安全的呢？

原理

因爲靜態內部類加載時只會執行一次類初始化方法 <clinit>()，JVM 對該方法加了鎖，確保當多個線程同時試圖去執行類的初始化方法 <clinit>()時,只有一個線程能執行，其他線程阻塞。而且，確保該方法只被執行一次。

因此實現了線程安全。

總結：一個靜態內部類被加載初始化時，從類加載器的角度來看，是線程安全的，而單例對象 INSTANCE 在這個靜態內部類中是一個靜態 Field，因此它跟隨這個靜態內部類的加載而初始化，且只在類加載時初始化一次。

詳細分析可參考：《類加載時機彙總》