老司機來教你單例的正確姿勢
Java單例模式可能是最簡單也是最常用的設(shè)計模式，一個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
- 沒有性能問題
- 防止序列化產(chǎn)生新對象
- 防止反射攻擊
可以看到，真正要實現(xiàn)一個完美的單例是很復(fù)雜的，那么，讓我這個司機帶大家看一看正確姿勢的單例。
最佳實踐單例之枚舉
沒錯，直接就上最佳實踐，就是這么任性
這貨長這樣：
public enum Singleton{
INSTANCE;
}
如果你不熟悉枚舉，可能會說：這貨是啥？！
這種方式的好處是：
- 利用的枚舉的特性實現(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)造器或枚舉類型強化Singleton屬性。
關(guān)于單例最佳實踐的討論可以看Stackoverflow：what-is-an-efficient-way-to-implement-a-singleton-pattern-in-java
下面將會介紹更為常見的單例模式，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;
}
}
這種單例的寫法最簡單，但是缺點是一旦類被加載，單例就會初始化，沒有實現(xiàn)懶加載。而且當實現(xiàn)了Serializable接口后，反序列化時單例會被破壞。
實現(xiàn)Serializable接口需要重寫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;
}
/**
* 如果實現(xiàn)了Serializable, 必須重寫這個方法
*/
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return INSTANCE;
}
}
OK，反序列化要注意的就是這一點，下面的內(nèi)容中就不再復(fù)述了。
最體現(xiàn)技術(shù)的單例之懶漢式
懶漢式即實現(xiàn)延遲加載的單例，為上述餓漢式的優(yōu)化形式。而因其仍需要進一步優(yōu)化，往往成為面試考點，讓我們一起來看看坑爹的“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;
}
}
這種寫法就輕松實現(xiàn)了單例的懶加載，只有調(diào)用了getInstance方法才會初始化。但是這樣的寫法出現(xiàn)了新的問題--線程不安全。當多個線程調(diào)用getInstance方法時，可能會創(chuàng)建多個實例，因此需要對其進行同步。
如何使其線程安全呢？簡單，加個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)了性能問題，簡單粗暴的同步整個方法，導(dǎo)致同一時間內(nèi)只有一個線程能夠調(diào)用getInstance方法。
因為僅僅需要對初始化部分的代碼進行同步，所以再次進行優(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)行兩次檢測很有必要：當多線程調(diào)用時，如果多個線程同時執(zhí)行完了第一次檢查，其中一個進入同步代碼塊創(chuàng)建了實例，后面的線程因第二次檢測不會創(chuàng)建新實例。
這段代碼看起來很完美，但仍舊存在問題，以下內(nèi)容引用自黑桃夾克大神的如何正確地寫出單例模式
這段代碼看起來很完美，很可惜，它是有問題。主要在于instance = new Singleton()這句，這并非是一個原子操作，事實上在 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)來初始化成員變量
- 將instance對象指向分配的內(nèi)存空間（執(zhí)行完這步 instance 就為非 null 了）
但是在 JVM 的即時編譯器中存在指令重排序的優(yōu)化。也就是說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 instance 已經(jīng)是非 null 了（但卻沒有初始化），所以線程二會直接返回 instance，然后使用，然后順理成章地報錯。
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特性：禁止指令重排序優(yōu)化。也就是說，在 volatile 變量的賦值操作后面會有一個內(nèi)存屏障（生成的匯編代碼上），讀操作不會被重排序到內(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，就是對于一個 volatile 變量的寫操作都先行發(fā)生于后面對這個變量的讀操作（這里的“后面”是時間上的先后順序）。
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題。這個 volatile 屏蔽重排序的問題在 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有問題的懶漢式。
內(nèi)部類實現(xiàn)單例
public class Singleton {
/**
* 類級的內(nèi)部類，也就是靜態(tài)的成員式內(nèi)部類，該內(nèi)部類的實例與外部類的實例沒有綁定關(guān)系，
* 而且只有被調(diào)用到才會裝載，從而實現(xiàn)了延遲加載
*/
private static class SingletonHolder{
/**
* 靜態(tài)初始化器，由JVM來保證線程安全
*/
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)部類來維護單例的實例，當Singleton被加載時，其內(nèi)部類并不會被初始化，故可以確保當 Singleton類被載入JVM時，不會初始化單例類。只有 getInstance() 方法調(diào)用時，才會初始化 instance。同時，由于實例的建立是時在類加載時完成，故天生對多線程友好，getInstance() 方法也無需使用同步關(guān)鍵字。
總結(jié)
無疑，單例就應(yīng)使用枚舉實現(xiàn)，最佳實踐誠不欺我
參考鏈接
What is an efficient way to implement a singleton pattern in Java
