单例模式

当系统中对于某个类，只需要有一个实例化对象时，可以使用单例模式。

单例模式实现方式

单例模式的实现主要有两个特征

私有化构造方法，让外部不能直接通过构造方法创建对象实例；

提供一个静态的公共方法( 例如下方的getInstance() )，外部通过这个方法获取对象实例。

在系统启动时即创建--俗称饿汉式

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        
        return singleton;
    }
}

第一次调用时才创建--俗称懒汉式

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private static Singleton singleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

懒汉式单例模式存在的问题

在并发编程的场景下，如果多个线程同时调用getInstance()方法，可能会存在创建多个对象实例的情况，为了避免这种错误的问题产生，可以使用锁来解决问题。

1. 给方法加锁

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private static Singleton singleton;

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

这种方式开销过大，每个线程进入方法前都要获得锁；如果实例已经被创建，访问时直接返回即可，不存在线程安全问题

2. 锁代码块

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private static Singleton singleton;

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

这种方式的好处是：当实例已经创建时，线程访问时就不需要再获取锁，可以直接返回。实例不存在时，保证只有单个线程在创建实例

但是这种加锁方式依然存在问题，假如有两个线程A,B调用getInstance()方法，在线程A还没有实例化完成时，线程B也可以通过if判断进入内部，等待锁释放并创建对象，此时对象依然创建了多个。

temp.png

为了解决这种问题，于是提出了以下方式。

3. DCL（Double Check Lock）双重检查锁

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private static Singleton singleton;

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

获取锁后，在进行一次为空判断，这样就可以解决上面提出的问题

DCL的方式看起来似乎完美无缺，但遗憾的是，其中依然存在问题。在说明问题前，先了解下什么是“指令重排序”

指令重排序
JVM在执行代码时，对没有数据依赖的操作步骤，可能会以指令重排序的方式执行代码，提高执行效率。如下图：

cpx.png

所以DCL模式也会出现以下问题

dcl.png

因此，线程可能会获取到一个未初始化完成的对象

dcl1.png

4. 最终写法

使用volatile修饰singleton

volatile可以禁止指令重排序，保证内存可见性。具体实现原理参考《java并发编程的艺术》一书。限于篇幅，不再说明。

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }
    private volatile static Singleton singleton;

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