Java设计模式：单例模式

Java设计模式——单例模式

1、饿汉模式

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton newInstance() {
        return instance;
    }
}  

将对象构建放在了static语句中，JVM加载类的时候会执行静态语句和静态代码块，而且虚拟机保证类只被初始化一次，所以类的初始化是单线程执行的，所以这种是线程安全的，缺点就是初始化太早，可能造成空间浪费。

2、懒汉模式，延迟加载

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton newInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

在加载类的时候不会进行实例化，在获取实例的话，如果为空，则进行实例化，单线程不会出问题，多线程可能会创建多个实例，造成不是单例，可以进行改进：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {
    }
    public static synchronized Singleton newInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

使用synchronized控制线程同步访问

3、双重校验锁

上述模式实现了延迟加载和线程安全，但是由于使用synchronized会造成性能下降，因为同时只有一个进程可以调用newInstance()方法，采用双重校验锁可以提高性能

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

synchronized并没有加在方法上，一般情况下，当俩个线程执行newInstance()方法，判断instance都为null时，就会创建俩个不同的实例，所以为了解决这个问题，所以在同步代码块中还得加入验证instance == null代码。

这里还有一个问题，由于Java的指令重排优化的存在，instance = new Singleton()语句不具有原子性，他是分几步执行的：

1.给对象分配内存空间
2.在内存空间创建对象
3.将对象引用赋值给instance

2必须在1之后执行，但是3和2之间没有依赖关系，程序执行的时候顺序可以是1->2->3，也可能是1->3->2

如果是单线程程序，无论执行的顺序是什么，使用instances的时候，虚拟机可以保证它是初始化完成的

如果是多线程程序，一个线程在执行instance = new Singleton()的时候，其他的线程是要执行第一个if (instance == null)语句的，因为这个语句在同步锁的外面，这个时候就涉及到执行顺序：
如果按1->2->3执行，在执行3之前，instance的引用一直都是null，如果这时候第二个线程执行newInstance()方法，就会一直在同步代码块外面等待，直到同步代码块执行完3后，第二个线程进入，判断instance不为空，然后执行return语句，返回的是第一个线程初始化的对象，这是正确的。
如果按1->3->2执行，执行完3但是还没有执行2的时候，第二个线程执行newInstance()方法，由于现在的instance已经有了引用对象，不是null，所有第二个线程不会在同步代码块外面等待，会直接执行return语句，此时返回的instance还没有完成初始化，是错误的对象。

上面的问题就是因为JVM的自动优化操作，可以使用volatile禁止指令重排优化，也就是保证先分配空间，然后赋值引用，代码如下：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

4、静态内部类

public class Singleton {
    
    private static class SingletonHolder {
        public static Singleton instance = new Singleton();
    }
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton newInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
    
}

不会在一开始就加载静态内部类SingletonHolder，其他地方使用SingletonHolder的时候才会加载，比如第一次调用newInstance()方法，从而实现了延迟加载。和饿汉模式一样，也利用了类加载机制，所以可以保证线程安全。

5、枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}