前段時間參加了幾場面試，正式面試之前都需要你先做一份筆試題，我發(fā)現(xiàn)有三家公司的筆試題都出現(xiàn)了同一個題目：寫出一個你認為最優(yōu)的單例實現(xiàn)方式？
單例模式，23種設(shè)計模式中很常見的一種，意思就是一個類只能有一個對象實例。此題一出，腦子里是不是立馬回想起當年課堂上講的兩種方式“懶漢式”和“餓漢式”，是不是心中暗喜面試有戲了，但只有這兩種嗎？這兩種是最優(yōu)的嗎？如果你真的只知道這兩種，只能送你一句話：城市套路深，還是回農(nóng)村。

下面就介紹下幾種單例實現(xiàn)方式：

1、懶漢式（非線程安全）

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance;
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private
    private SingletonTest(){}
    public static SingletonTest getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonTest();
        }
        return instance;
    }
}

這種懶加載方式缺點很明顯，多個線程執(zhí)行時，就出問題了，可以簡單測試下。

public class SingletonMain {
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        
        Thread thread1 = new Thread(test, "線程1");
        Thread thread2 = new Thread(test, "線程2");
        Thread thread3 = new Thread(test, "線程3");
       
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }

    public static class Test implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            SingletonTest instance = SingletonTest.getInstance();
            System.out.println(instance.hashCode());
        }
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

可以看出，當啟動三個線程后，所獲取的對象實例有三個不同的哈希碼（不一定每次都是三個不一樣的，如果是同一個對象實例，哈希碼必定一樣），獲取了三個不同的對象，所以這種懶加載方式已經(jīng)失去了單例的意義。

2、懶漢式（線程安全）

與第1種相比，區(qū)別只是在getInstance()前加了synchronized，鎖定對象是整個類。

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance;
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private
    private SingletonTest(){}
    public static synchronized SingletonTest getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonTest();
        }
        return instance;
    }
}

繼續(xù)執(zhí)行上面的小測試，可以看到獲取的哈希碼都相同（還可以再多創(chuàng)建幾個線程），可以看出此方法在多線程下可以正常工作，只是效率較低，99%的情況下不用同步。

3、餓漢式

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance = new SingletonTest();
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private
    private SingletonTest(){}
    public static  SingletonTest getInstance(){
        return instance;
    }
}

這種方式在多線程情況下亦能正常工作，調(diào)用對象的時候不用創(chuàng)建，直接使用已經(jīng)創(chuàng)建好的對象，節(jié)省了時間，但是卻占用了空間，因instance在類裝載時就實例化。

4、靜態(tài)內(nèi)部類（推薦）

public class SingletonTest {
    private static class SingletonHolder{
        private static SingletonTest instance = new SingletonTest();
    }
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private
    private SingletonTest(){}
    public static  SingletonTest getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

相比第2、3種方式，這種方式不僅是線程安全的，而且實現(xiàn)了延遲初始化。SingletonTest 被裝載了，instance不一定實例化，因為SingletonHolder類沒有被主動使用，只有顯示通過調(diào)用getInstance方法時，才會顯示裝載SingletonHolder類，從而實例化instance。

5、雙重檢查加鎖（DCL）

針對第2種懶漢式（線程安全）的實現(xiàn)方式的缺點，如果getInstance()方法被多個線程頻繁調(diào)用，勢必導(dǎo)致性能的下降。因此，出現(xiàn)了DCL這種方式，通過兩次檢查鎖定來降低同步的開銷。

public class SingletonTest {  //1
    private static SingletonTest instance;  //2
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private  //3
    private SingletonTest(){}  //4
    public static SingletonTest getInstance(){  //5
        if(instance == null){  //6
            synchronized (SingletonTest.class){  //7
                if(instance == null){  //8
                    instance = new SingletonTest();  //9
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

創(chuàng)建一個對象正常的套路應(yīng)該是：①分配對象的內(nèi)存空間；②初始化對象；③設(shè)置instance指向內(nèi)存空間。這種方式看似沒有問題，但如果在多線程環(huán)境下發(fā)生了重排序（重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對指令序列進行重新排序的一種方式，但必須保證排序后程序的執(zhí)行結(jié)果不變，也就是as-if-serial語義），比如說執(zhí)行到第6行，發(fā)現(xiàn)instance不為null，但是instance可能還沒有完成初始化，就會訪問一個未初始化的對象，就有問題了。
如果發(fā)生了重排序，在單線程和多線程下的時序圖如下（波浪線上為單線程，波浪線下為多線程）：

那如果禁止第2步和第3步重排序不就解決了嗎？只需要把instance聲明為volatile即可，實現(xiàn)線程安全的延遲初始化。（關(guān)于volatile特性，后續(xù)介紹）

public class SingletonTest {
    private volatile static SingletonTest instance;
    //注意構(gòu)造方法的訪問控制符是private
    private SingletonTest(){}
    public static SingletonTest getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonTest.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonTest();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

總結(jié)

本篇主要介紹了實現(xiàn)單例的幾種方式，只有第1種方式是線程非安全的，其余的幾種方式中，第2種效率低一點，第3種占用空間多一點，第5種主要是彌補第2種的缺點，比較推薦使用第4種方式，線程安全，并且實現(xiàn)了延遲初始化。

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