深入理解5种单例模式以及对其的改造在多线程下的使用

我们常用的单例模式有：

饿汉模式、懒汉模式、双重锁懒汉模式、静态内部类模式、枚举模式，我们分析下这些模式的区别以及对其的改造。

1.饿汉模式：

public class SingleTon{
   private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
 private SingleTon(){}
public static SingleTon getInstance(){ return INSTANCE; }}

由于INSTANCE是静态变量，在类初始化时就分配空间和正确的值了而且由于方法会保证多线程的同步性，所以可以用在多线程环境下。

2.懒汉模式：

public class SingleTon{
   private static SingleTon  INSTANCE = null;
   private SingleTon(){}
   public static SingleTon getInstance() {  
   if(INSTANCE == null){
      INSTANCE = new SingleTon(); 
    } 
    return INSTANCE；
  }
}

懒汉模式在方法被调用后才创建对象，在多线程环境下，有可能多个线程同时到达 if(INSTANCE == null)，使INSTANCE不是唯一性，所以在多线程环境下存在风险。但是我们可以对其加锁

public class SingleTon{
   private static SingleTon  INSTANCE = null;
   private SingleTon(){}
   public synchronized static SingleTon getInstance() {  
   if(INSTANCE == null){
      INSTANCE = new SingleTon(); 
    } 
    return INSTANCE；
  }
}

虽然这样可以达到同步，但是synchronized关键字只能在同一时间只有一个线程访问，这样性能就不好了

3.双重锁懒汉模式(Double Check Lock)

public class SingleTon{
  private static SingleTon  INSTANCE = null;
  private SingleTon(){}
  public static SingleTon getInstance(){if(INSTANCE == null){
   synchronized(SingleTon.class){
     if(INSTANCE == null){ 
        INSTANCE = new SingleTon();
       } 
     } 
        return INSTANCE; 
    } 
  }
}

DCL模式的优点就是，只有在对象需要被使用时才创建，第一次判断 INSTANCE == null为了避免非必要加锁，当第一次加载时才对实例进行加锁再实例化。这样既可以节约内存空间，又可以保证线程安全。但是，由于jvm存在乱序执行功能，DCL也会出现线程不安全的情况。具体分析如下：

INSTANCE = new SingleTon();

这个步骤，其实在jvm里面的执行分为三步：

• 1.在堆内存开辟内存空间。
• 2.在堆内存中实例化SingleTon里面的各个参数。
• 3.把对象指向堆内存空间。

由于jvm存在乱序执行功能，所以可能在2还没执行时就先执行了3，如果此时再被切换到线程B上，由于执行了3，INSTANCE 已经非空了，会被直接拿出来用，这样的话，就会出现异常。这个就是著名的DCL失效问题。

不过在JDK1.5之后，官方也发现了这个问题，故而具体化了volatile，即在JDK1.6及以后，只要定义为private volatile static SingleTon INSTANCE = null;就可解决DCL失效问题。volatile确保INSTANCE每次均在主内存中读取，这样虽然会牺牲一点效率，但也无伤大雅。

    public class SingleTon{
      private volatile static SingleTon  INSTANCE = null;
      private SingleTon(){}
      public static SingleTon getInstance(){if(INSTANCE == null){
       synchronized(SingleTon.class){
         if(INSTANCE == null){ 
            INSTANCE = new SingleTon();
           } 
         } 
            return INSTANCE; 
        } 
      }
    }

4.静态内部类模式：

public class SingleTon{
  private SingleTon(){}
  private static class SingleTonHoler{
     private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
 }
  public static SingleTon getInstance(){
    return SingleTonHoler.INSTANCE;
  }
}

静态内部类的优点是：外部类加载时并不需要立即加载内部类，内部类不被加载则不去初始化INSTANCE，故而不占内存。即当SingleTon第一次被加载时，并不需要去加载SingleTonHoler，只有当getInstance()方法第一次被调用时，才会去初始化INSTANCE,第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingleTonHoler类，这种方法不仅能确保线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。

那么，静态内部类又是如何实现线程安全的呢？首先，我们先了解下类的加载时机。

类加载时机：JAVA虚拟机在有且仅有的5种场景下会对类进行初始化。

• 1.遇到new、getstatic、setstatic或者invokestatic这4个字节码指令时，对应的java代码场景为：new一个关键字或者一个实例化对象时、读取或设置一个静态字段时(final修饰、已在编译期把结果放入常量池的除外)、调用一个类的静态方法时。
• 2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没进行初始化，需要先调用其初始化方法进行初始化。
• 3.当初始化一个类时，如果其父类还未进行初始化，会先触发其父类的初始化。
• 4.当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类)，虚拟机会先初始化这个类。
• 5.当使用JDK 1.7等动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
  这5种情况被称为是类的主动引用，注意，这里《虚拟机规范》中使用的限定词是”有且仅有”，那么，除此之外的所有引用类都不会对类进行初始化，称为被动引用。静态内部类就属于被动引用的行列。
  我们再回头看下getInstance()方法，调用的是SingleTonHoler.INSTANCE，取的是SingleTonHoler里的INSTANCE对象，跟上面那个DCL方法不同的是，getInstance()方法并没有多次去new对象，故不管多少个线程去调用getInstance()方法，取的都是同一个INSTANCE对象，而不用去重新创建。当getInstance()方法被调用时，SingleTonHoler才在SingleTon的运行时常量池里，把符号引用替换为直接引用，这时静态对象INSTANCE也真正被创建，然后再被getInstance()方法返回出去，这点同饿汉模式。那么INSTANCE在创建过程中又是如何保证线程安全的呢？在《深入理解JAVA虚拟机》中，有这么一句话:

虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行()方法完毕。如果在一个类的()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行()方法后，其他线程唤醒之后不会再次进入()方法。同一个加载器下，一个类型只会初始化一次。)，在实际应用中，这种阻塞往往是很隐蔽的。

故而，可以看出INSTANCE在创建过程中是线程安全的，所以说静态内部类形式的单例可保证线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。

5.枚举单例：

//枚举类本身时final,不被继承

    public enum SingleTon{
      INSTANCE;
      public static void method(){
            //TODO
         }
     public static SingleTon getInstance(){
        return INSTANCE;
      } 
    }

枚举在java中与普通类一样，都能拥有字段与方法，而且枚举实例创建是线程安全的，在任何情况下，它都是一个单例。

总结:一般我们都是用后面2种来创建单例模式的。

原创来源：滴一盘技术

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