單例模式（3）

頭號碼甲 2020-07-15

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簡介：

單例模式是一種簡單的設計模式，但是要在程序設計中使用好單例模式，卻需要注意幾個地方。

單例模式意味著在整個系統(tǒng)中，單例類只能有一個實例對象，且需要自行完成實例化，并始終對外提供同一個實例對象。

單例模式實現(xiàn)方式：

餓漢模式：

public class Singleton {
    //餓漢模式是最簡單的實現(xiàn)方式，在類加載時就創(chuàng)建單例類對象
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton(){}

    public static Singleton newInstance(){
        //返回唯一的實例對象
        return instance;
    }
}

懶漢模式（單線程版）：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton(){}

    public static Singleton newInstance(){
        // 在需要的時候才去創(chuàng)建的單例對象，如采羊例對象已經創(chuàng)建，再次調用 ηewinstance()方法時
        // 將不會重新創(chuàng)建新的單例對象，而是直接返回之前創(chuàng)建的單例對象
        if (null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        //返回唯一的實例對象
        return instance;
    }
}

上述懶漢模式有延遲加載的意思，但是沒有考慮到多線程的情況，在多線程的場景中，出現(xiàn)多個線程同時調用newInstance方法創(chuàng)建單例對象，從而導致系統(tǒng)中出現(xiàn)多個單例類的實例，顯然是不符合要求的。

懶漢模式（多線程加鎖版）：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton(){}

    public static synchronized Singleton newInstance(){
        // 在需要的時候才去創(chuàng)建的單例對象，如采羊例對象已經創(chuàng)建，再次調用 ηewinstance()方法時
        // 將不會重新創(chuàng)建新的單例對象，而是直接返回之前創(chuàng)建的單例對象
        if (null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        //返回唯一的實例對象
        return instance;
    }
}

上述加鎖設計雖然解決了多線程安全的問題，但是單例在系統(tǒng)中只有一個實例，每次取實例都得進行加鎖解鎖操作，這會成為系統(tǒng)的性能瓶頸。

懶漢模式（雙重檢測鎖方式）：錯誤實現(xiàn)

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton newInstance() {
        if (null == instance) {//第一次檢測
            synchronized (Singleton.class) {//加鎖
                if (null == instance) {//第二次檢測
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

由于指令重排優(yōu)化，可能會導致初始化單例對象和將該對象地址賦值給 instance 字段的順序與上面 Java 代碼中書寫的順序不同。例如，線程 A 在創(chuàng)建單例對象時，在構造方法被調用之前，就為該對象分配了內存空間并將對象的宇段設置為默認值。此時線程 A 就可以將分配的內存地址賦值給 instance 宇段了，然而該對象可能還沒有初始化。線程 B 來調用 newInstance()方法，得到的就是未初始化完全的單例對象，這就會導致系統(tǒng)出現(xiàn)異常行為。

為了解決該問題，我們可以使用 volatile關鍵字修飾 instance字段。 volatile關鍵字的一個語義就是禁止指令的重排序優(yōu)化，從而保證 instance 字段被初始化時，單例對象己經被完全初始化。

懶漢模式（雙重檢測鎖方式 + volatile）：

public class Singleton {

    private static volatile Singleton instance = null;

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton newInstance() {
        if (null == instance) {//第一次檢測
            synchronized (Singleton.class) {//加鎖
                if (null == instance) {//第二次檢測
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

靜態(tài)內部類方式（推薦）：

public class Singleton {

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

    //私有化構造方法，防止外界創(chuàng)建對象
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton newInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}