你真的會(huì)寫(xiě)單例嗎？

摘錄來(lái)源

單例的正確姿勢(shì)

Java單例模式可能是最簡(jiǎn)單也是最常用的設(shè)計(jì)模式，一個(gè)完美的單例需要做到哪些事呢？

單例（這不是廢話嗎）
延遲加載
線程安全
沒(méi)有性能問(wèn)題
防止序列化產(chǎn)生新對(duì)象
防止反射攻擊

可以看到，真正要實(shí)現(xiàn)一個(gè)完美的單例是很復(fù)雜的，那么，讓我這個(gè)司機(jī)帶大家看一看正確姿勢(shì)的單例。

最佳實(shí)踐單例之枚舉

沒(méi)錯(cuò)，直接就上最佳實(shí)踐，就是這么任性

這貨長(zhǎng)這樣：

public enum Singleton{  
    INSTANCE;  
}

如果你不熟悉枚舉，可能會(huì)說(shuō)：這貨是啥？！

這種方式的好處是：

利用的枚舉的特性實(shí)現(xiàn)單例
由JVM保證線程安全
序列化和反射攻擊已經(jīng)被枚舉解決

調(diào)用方式為Singleton.INSTANCE, 出自《Effective Java》第二版第三條: 用私有構(gòu)造器或枚舉類(lèi)型強(qiáng)化Singleton屬性。
關(guān)于單例最佳實(shí)踐的討論可以看Stackoverflow：what-is-an-efficient-way-to-implement-a-singleton-pattern-in-java

下面將會(huì)介紹更為常見(jiàn)的單例模式，但是均未處理反射攻擊，如果想了解更多可以看這篇文章：如何防止單例模式被JAVA反射攻擊

最簡(jiǎn)單的單例之餓漢式

public class Singleton {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    // 私有化構(gòu)造函數(shù)  
    private Singleton(){}  
  
    public static Singleton getInstance(){  
        return INSTANCE;  
    }  
}

這種單例的寫(xiě)法最簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)是一旦類(lèi)被加載，單例就會(huì)初始化，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)懶加載。而且當(dāng)實(shí)現(xiàn)了Serializable接口后，反序列化時(shí)單例會(huì)被破壞。
實(shí)現(xiàn)Serializable接口需要重寫(xiě)readResolve，才能保證其反序列化依舊是單例：

public class Singleton implements Serializable {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    // 私有化構(gòu)造函數(shù)  
    private Singleton(){}  
  
    public static Singleton getInstance(){  
        return INSTANCE;  
    }  
  
    /** 
     * 如果實(shí)現(xiàn)了Serializable, 必須重寫(xiě)這個(gè)方法 
     */  
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {  
        return INSTANCE;  
    }  
}

OK，反序列化要注意的就是這一點(diǎn)，下面的內(nèi)容中就不再?gòu)?fù)述了。

最體現(xiàn)技術(shù)的單例之懶漢式

懶漢式即實(shí)現(xiàn)延遲加載的單例，為上述餓漢式的優(yōu)化形式。而因其仍需要進(jìn)一步優(yōu)化，往往成為面試考點(diǎn)，讓我們一起來(lái)看看坑爹的“懶漢式”
懶漢式的最初形式是這樣的：

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

這種寫(xiě)法就輕松實(shí)現(xiàn)了單例的懶加載，只有調(diào)用了getInstance方法才會(huì)初始化。但是這樣的寫(xiě)法出現(xiàn)了新的問(wèn)題--線程不安全。當(dāng)多個(gè)線程調(diào)用getInstance方法時(shí)，可能會(huì)創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，因此需要對(duì)其進(jìn)行同步。

如何使其線程安全呢？簡(jiǎn)單，加個(gè)synchronized關(guān)鍵字就行了

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

可是...這樣又出現(xiàn)了性能問(wèn)題，簡(jiǎn)單粗暴的同步整個(gè)方法，導(dǎo)致同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)線程能夠調(diào)用getInstance方法。

因?yàn)閮H僅需要對(duì)初始化部分的代碼進(jìn)行同步，所以再次進(jìn)行優(yōu)化：

public static Singleton getSingleton() {  
    if (INSTANCE == null) {               // 第一次檢查  
        synchronized (Singleton.class) {  
            if (INSTANCE == null) {      // 第二次檢查  
                INSTANCE = new Singleton();  
            }  
        }  
    }  
    return INSTANCE ;  
}

執(zhí)行兩次檢測(cè)很有必要：當(dāng)多線程調(diào)用時(shí)，如果多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行完了第一次檢查，其中一個(gè)進(jìn)入同步代碼塊創(chuàng)建了實(shí)例，后面的線程因第二次檢測(cè)不會(huì)創(chuàng)建新實(shí)例。
這段代碼看起來(lái)很完美，但仍舊存在問(wèn)題，以下內(nèi)容引用自黑桃?jiàn)A克大神的如何正確地寫(xiě)出單例模式

這段代碼看起來(lái)很完美，很可惜，它是有問(wèn)題。主要在于instance = new Singleton()這句，這并非是一個(gè)原子操作，事實(shí)上在 JVM 中這句話大概做了下面 3 件事情。

給 instance 分配內(nèi)存
調(diào)用 Singleton 的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化成員變量
將instance對(duì)象指向分配的內(nèi)存空間（執(zhí)行完這步 instance 就為非 null 了）

但是在 JVM 的即時(shí)編譯器中存在指令重排序的優(yōu)化。也就是說(shuō)上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執(zhí)行順序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，則在 3 執(zhí)行完畢、2 未執(zhí)行之前，被線程二搶占了，這時(shí) instance 已經(jīng)是非 null 了（但卻沒(méi)有初始化），所以線程二會(huì)直接返回 instance，然后使用，然后順理成章地報(bào)錯(cuò)。
我們只需要將 instance 變量聲明成 volatile 就可以了。

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton INSTANCE; //聲明成 volatile  
    private Singleton (){}  
  
    public static Singleton getSingleton() {  
        if (INSTANCE == null) {                           
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (INSTANCE == null) {         
                    INSTANCE = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return INSTANCE;  
    }  
  
}

使用 volatile 的主要原因是其另一個(gè)特性：禁止指令重排序優(yōu)化。也就是說(shuō)，在 volatile 變量的賦值操作后面會(huì)有一個(gè)內(nèi)存屏障（生成的匯編代碼上），讀操作不會(huì)被重排序到內(nèi)存屏障之前。比如上面的例子，取操作必須在執(zhí)行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在執(zhí)行到 1-3 然后取到值的情況。從「先行發(fā)生原則」的角度理解的話，就是對(duì)于一個(gè) volatile 變量的寫(xiě)操作都先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作（這里的“后面”是時(shí)間上的先后順序）。

但是特別注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的雙檢鎖還是有問(wèn)題的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 內(nèi)存模型）是存在缺陷的，即時(shí)將變量聲明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 變量前后的代碼仍然存在重排序問(wèn)題。這個(gè) volatile 屏蔽重排序的問(wèn)題在 Java 5 中才得以修復(fù)，所以在這之后才可以放心使用 volatile。

至此，這樣的懶漢式才是沒(méi)有問(wèn)題的懶漢式。

內(nèi)部類(lèi)實(shí)現(xiàn)單例

public class Singleton {   
    /**  
     * 類(lèi)級(jí)的內(nèi)部類(lèi)，也就是靜態(tài)的成員式內(nèi)部類(lèi)，該內(nèi)部類(lèi)的實(shí)例與外部類(lèi)的實(shí)例沒(méi)有綁定關(guān)系，  
     * 而且只有被調(diào)用到才會(huì)裝載，從而實(shí)現(xiàn)了延遲加載  
     */   
    private static class SingletonHolder{   
        /**  
         * 靜態(tài)初始化器，由JVM來(lái)保證線程安全  
         */   
        private static final Singleton instance = new Singleton();   
    }   
    /**  
     * 私有化構(gòu)造方法  
     */   
    private Singleton(){   
    }   
  
    public static  Singleton getInstance(){   
        return SingletonHolder.instance;   
    }   
}

使用內(nèi)部類(lèi)來(lái)維護(hù)單例的實(shí)例，當(dāng)Singleton被加載時(shí)，其內(nèi)部類(lèi)并不會(huì)被初始化，故可以確保當(dāng) Singleton類(lèi)被載入JVM時(shí)，不會(huì)初始化單例類(lèi)。只有 getInstance() 方法調(diào)用時(shí)，才會(huì)初始化 instance。同時(shí)，由于實(shí)例的建立是時(shí)在類(lèi)加載時(shí)完成，故天生對(duì)多線程友好，getInstance() 方法也無(wú)需使用同步關(guān)鍵字。

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你真的會(huì)寫(xiě)單例嗎？