單例模式大家并不陌生，也都知道它分為什么懶漢式、餓漢式之類的。但是你對單例模式的理解足夠透徹嗎？今天我?guī)Т蠹乙黄饋砜纯次已壑械膯卫赡軙愕恼J(rèn)識有所不同。
下面是一個簡單的小實(shí)例：
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//簡單懶漢式 public class Singleton { //單例實(shí)例變量 private static Singleton instance = null; //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化 private Singleton() {} //獲取單例對象實(shí)例 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } System.out.println("我是簡單懶漢式單例！"); return instance; } } |
很容易看出，上面這段代碼在多線程的情況下是不安全的，當(dāng)兩個線程進(jìn)入if (instance == null)時，兩個線程都判斷instance為空，接下來就會得到兩個實(shí)例了。這不是我們想要的單例。
接下來我們用加鎖的方式來實(shí)現(xiàn)互斥，從而保證單例的實(shí)現(xiàn)。
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//同步法懶漢式 public class Singleton { //單例實(shí)例變量 private static Singleton instance = null; //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化 private Singleton() {} //獲取單例對象實(shí)例 public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } System.out.println("我是同步法懶漢式單例！"); return instance; } } |
加上synchronized后確實(shí)保證了線程安全，但是這樣就是最好的方法嗎？很顯然它不是，因?yàn)檫@樣一來每次調(diào)用getInstance()方法是都會被加鎖，而我們只需要在第一次調(diào)用getInstance()的時候加鎖就可以了。這顯然影響了我們程序的性能。我們繼續(xù)尋找更好的方法。
經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，只需要保證instance = new Singleton()是線程互斥就可以保證線程安全，所以就有了下面這個版本：
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//雙重鎖定懶漢式 public class Singleton { //單例實(shí)例變量 private static Singleton instance = null; //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化 private Singleton() {} //獲取單例對象實(shí)例 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } System.out.println("我是雙重鎖定懶漢式單例！"); return instance; } } |
這次看起來既解決了線程安全問題，又不至于每次調(diào)用getInstance()都會加鎖導(dǎo)致降低性能。看起來是一個完美的解決方案，事實(shí)上是這樣的嗎？
很遺憾，事實(shí)并非我們想的那么完美。java平臺內(nèi)存模型中有一個叫“無序?qū)?rdquo;（out-of-order writes）的機(jī)制。正是這個機(jī)制導(dǎo)致了雙重檢查加鎖方法的失效。這個問題的關(guān)鍵在上面代碼上的第5行：instance = new Singleton(); 這行其實(shí)做了兩個事情：1、調(diào)用構(gòu)造方法，創(chuàng)建了一個實(shí)例。2、把這個實(shí)例賦值給instance這個實(shí)例變量。可問題就是，這兩步j(luò)vm是不保證順序的。也就是說。可能在調(diào)用構(gòu)造方法之前，instance已經(jīng)被設(shè)置為非空了。下面我們一起來分析一下：
假設(shè)有兩個線程A、B
1、線程A進(jìn)入getInstance()方法。
2、因?yàn)榇藭rinstance為空，所以線程A進(jìn)入synchronized塊。
3、線程A執(zhí)行 instance = new Singleton(); 把實(shí)例變量instance設(shè)置成了非空。（注意，是在調(diào)用構(gòu)造方法之前。）
4、線程A退出，線程B進(jìn)入。
5、線程B檢查instance是否為空，此時不為空（第三步的時候被線程A設(shè)置成了非空）。線程B返回instance的引用。（問題出現(xiàn)了，這時instance的引用并不是Singleton的實(shí)例，因?yàn)闆]有調(diào)用構(gòu)造方法。）
6、線程B退出，線程A進(jìn)入。
7、線程A繼續(xù)調(diào)用構(gòu)造方法，完成instance的初始化，再返回。
難道就沒有一個好方法了嗎？好的方法肯定是有的，我們繼續(xù)探索！
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//解決無序?qū)憜栴}懶漢式 public class Singleton { //單例實(shí)例變量 private static Singleton instance = null; //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化 private Singleton() {} //獲取單例對象實(shí)例 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { //1 Singleton temp = instance; //2 if (temp == null) { synchronized (Singleton.class) { //3 temp = new Singleton(); //4 } instance = temp; //5 } } } System.out.println("我是解決無序?qū)憫袧h式單例！"); return instance; } } |
1、線程A進(jìn)入getInstance()方法。
2、因?yàn)閕nstance是空的 ，所以線程A進(jìn)入位置//1的第一個synchronized塊。
3、線程A執(zhí)行位置//2的代碼，把instance賦值給本地變量temp。instance為空，所以temp也為空。
4、因?yàn)閠emp為空，所以線程A進(jìn)入位置//3的第二個synchronized塊。（后來想想這個鎖有點(diǎn)多余）
5、線程A執(zhí)行位置//4的代碼，把temp設(shè)置成非空，但還沒有調(diào)用構(gòu)造方法！（“無序?qū)?rdquo;問題）
6、如果線程A阻塞，線程B進(jìn)入getInstance()方法。
7、因?yàn)閕nstance為空，所以線程B試圖進(jìn)入第一個synchronized塊。但由于線程A已經(jīng)在里面了。所以無法進(jìn)入。線程B阻塞。
8、線程A激活，繼續(xù)執(zhí)行位置//4的代碼。調(diào)用構(gòu)造方法。生成實(shí)例。
9、將temp的實(shí)例引用賦值給instance。退出兩個synchronized塊。返回實(shí)例。
10、線程B激活，進(jìn)入第一個synchronized塊。
11、線程B執(zhí)行位置//2的代碼，把instance實(shí)例賦值給temp本地變量。
12、線程B判斷本地變量temp不為空，所以跳過if塊。返回instance實(shí)例。
到此為止，上面的問題我們是解決了，但是我們突然發(fā)現(xiàn)為了解決線程安全問題，但給人的感覺就像身上纏了很多毛線.... 亂糟糟的，所以我們要精簡一下：
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//餓漢式 public class Singleton { //單例變量 ,static的，在類加載時進(jìn)行初始化一次，保證線程安全 private static Singleton instance = new Singleton(); //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化。 private Singleton() {} //獲取單例對象實(shí)例 public static Singleton getInstance() { System.out.println("我是餓漢式單例！"); return instance; } } |
看到上面的代碼，瞬間覺得這個世界清靜了。不過這種方式采用的是餓漢式的方法，就是預(yù)先聲明Singleton對象，這樣帶來的一個缺點(diǎn)就是：如果構(gòu)造的單例很大，構(gòu)造完又遲遲不使用，會導(dǎo)致資源浪費(fèi)。
到底有沒有完美的方法呢？繼續(xù)看：
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//內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)懶漢式 public class Singleton { private static class SingletonHolder{ //單例變量 private static Singleton instance = new Singleton(); } //私有化的構(gòu)造方法，保證外部的類不能通過構(gòu)造器來實(shí)例化。 private Singleton() { } //獲取單例對象實(shí)例 public static Singleton getInstance() { System.out.println("我是內(nèi)部類單例！"); return SingletonHolder.instance; } } |
懶漢式（避免上面的資源浪費(fèi)）、線程安全、代碼簡單。因?yàn)閖ava機(jī)制規(guī)定，內(nèi)部類SingletonHolder只有在getInstance()方法第一次調(diào)用的時候才會被加載（實(shí)現(xiàn)了lazy），而且其加載過程是線程安全的（實(shí)現(xiàn)線程安全）。內(nèi)部類加載的時候?qū)嵗淮蝘nstance。
簡單說一下上面提到的無序?qū)懀@是jvm的特性，比如聲明兩個變量，String a; String b; jvm可能先加載a也可能先加載b。同理，instance = new Singleton();可能在調(diào)用Singleton的構(gòu)造函數(shù)之前就把instance置成了非空。這是很多人會有疑問，說還沒有實(shí)例化出Singleton的一個對象，那么instance怎么就變成非空了呢？它的值現(xiàn)在是什么呢？想了解這個問題就要明白instance = new Singleton();這句話是怎么執(zhí)行的，下面用一段偽代碼向大家解釋一下：
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mem = allocate(); //為Singleton對象分配內(nèi)存。 instance = mem; //注意現(xiàn)在instance是非空的，但是還沒有被初始化。 ctorSingleton(instance); //調(diào)用Singleton的構(gòu)造函數(shù)，傳遞instance. |
由此可見當(dāng)一個線程執(zhí)行到instance = mem; 時instance已為非空，如果此時另一個線程進(jìn)入程序判斷instance為非空，那么直接就跳轉(zhuǎn)到return instance;而此時Singleton的構(gòu)造方法還未調(diào)用instance，現(xiàn)在的值為allocate();返回的內(nèi)存對象。所以第二個線程得到的不是Singleton的一個對象，而是一個內(nèi)存對象。
以上就是就是我對單例模式的一點(diǎn)小小的思考跟理解，熱烈歡迎各位大神前來指導(dǎo)批評。
原文鏈接：http://blog.csdn.net/liushuijinger/article/details/9069801
