单例模式笔记

定义

单例模式是限制类的实例只有一个的设计模式。

代码

单线程下的单例模式代码

public class SimpleSingleton {
    private static SimpleSingleton simpleSingleton;
​
    private SimpleSingleton() {}
​
    public static SimpleSingleton getInstance() {
        // 如果 simpleSingleton 未进行实例化，则创建实例，之后都使用此实例
        if (simpleSingleton == null) {
            simpleSingleton = new SimpleSingleton();
        }
        return simpleSingleton;
    }
}

但是如果在多线程的情况下，可能出现在第一个线程 A 线程判断simpleSingleton为空时，进入simpleSingleton = new Simpleton();部分进行代码实例化，但在 A 线程还未实例化结束时，另一个线程 B 线程进行判断simpleSingleton是否为空，此时由于 A 线程还没有实例化赋值给simpleSingleton，所以其仍未null，这是 B 线程也会进入执行simpleSingleton = new Simpleton();，这样就会导致出现不同的实例，所以这种方法只能用在单线程的情况下。

多线程下的单例模式代码

多线程下最简单的方式是对getInstance()方法整个加上synchronized修饰符，保证每次只有一个线程能进入此方法。但是这样做会很影响性能，我们应该尽量减小锁作用的范围，所以最好采用如下的双重加锁方式：

public class SynchronizedSingleton {
​
    private static SynchronizedSingleton singleton;
​
    private SynchronizedSingleton() {}
​
    public static SynchronizedSingleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (SynchronizedSingleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new SynchronizedSingleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

之所以进行第二次singleton == null判断是因为在线程 A 在第一次进行判断为null后获得锁进行实例化，在实例化未完成时，B 线程判断仍为null，这是由于获得不了锁，所以等待，在 A 线程创建实例后释放了锁，这时 B 线程获得锁并执行，如果此时不进行第二次的singleton == null判断，则 B 线程也会创建一个新的实例，导致单例模式出现问题；而如果进行第二次判断，则会得知singleton已经被实例化，就不会再创建新的实例。

目前一切看起来都很美好，但是仍然有一个问题需要解决。

创建对象实例可以分为三个步骤：

1. 分配内存

2. 调用构造函数

3. 将对象指向分配的内存地址

之前的代码如果依此顺序执行，则不会有问题。但是为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令进行重排序，这时如果步骤 2 和步骤 3 的顺序颠倒了，先将对象指向分配的内存地址，后执行构造函数那么就会出现问题。当 A 线程将对象指向分配的内存地址，但还未执行构造函数的时候， B 线程进入，判断对象不为空，则将对象引用返回，这时如果使用此引用，则会出现问题。

目前有三个解决方法：

1. 给静态实例属性加上 volatile关键字（需要 JDK 1.5 及之后版本）

private static volatile SynchronizedSingleton singleton;

volatile 关键字可以保证对 volatile 变量的操作不会进行重排序。

2. 使用单个元素的枚举类型（需要 JDK 1.5 及之后版本）

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

3. 使用子类，由 JVM 保证单例

public class InnerClassSingleton {
    public static Singleton getInstance() {
        return Singleton.singleton;
    }
​
    private static class Singleton {
        static Singleton singleton = new Singleton();
    }
}

类的静态属性只会在第一次加载的时候初始化一次，同时 JVM 保证在初始化的过程中（未完成时）无法被使用。