关于java:单例模式关键字级别详解

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0. 前言

如果你去问一个写过几年代码的程序员用过哪些设计模式，我打赌，90% 以上的答复外面会带【单例模式】。甚至有的面试官会间接问：说一下你用过哪些设计模式，单例就不用说了。你看，连面试官都听烦了，火爆水平可见一斑。

不过，看似简略的单例模式，外面蕴含了很多 Java 根底，日常开发过程中课代表见过很多不标准的，甚至是有问题的单例实现。所以整顿此文，总结一下单例模式的最佳实际。

1、懒加载（懒汉）

所谓懒加载，就是直到第一次被调用时才加载。其实现须要思考并发问题和指令重排，代码如下：

public class Singleton {

    private volatile static Singleton instance; //①

    private Singleton() { //②}

    public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {//③
            synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {//④
                    instance = new Singleton();//⑤}
            }
        }
        return instance;
    }
}

这段代码精简至极，没有一个字符是多余的，上面逐行解读一下：

首先，留神到①处的 volatile 关键字，它具备两项个性：

一是保障此变量对于所有线程的可见性。即当一条线程批改了这个变量的值，新值对于其余线程来说是能够立刻得悉的。

二是禁止指令重排序优化。

这里解释一下指令重排序优化：

代码 ⑤ 处的 instance = new Singleton(); 并不是原子的，大体可分为如下 3 步：

1. 分配内存
2. 调用构造函数初始化成实例
3. 让 instance 指向调配的内存空间

JVM 容许在保障后果正确的前提下进行指令重排序优化。即如上 3 步可能的程序为 1 ->2->3 或 1->3->2。如果程序是 1->3->2，当 3 执行完，2 还未执行时，另一个线程执行到代码 ③ 处，发现 instance 不为 null，间接返回还未初始化好的instance 并应用，就会报错。

所以应用volatile，就是为了保障线程间的可见性和避免指令重排。

其次，代码②处将构造函数申明为 private 目标在于阻止应用 new Singleton() 这样的代码生成新实例。

最初，当客户端调用 Singleton.getInstance() 时，先查看是否曾经实例化 (代码③)，未实例化时同步代码块，而后再次查看是否已实例化(代码④)，而后才执行代码⑤。两次查看的意义在于，避免synchronized 同步过程中其余线程进行了实例化。

这就是驰名的双重查看锁 (Double check lock) 实现单例，也即懒加载。

TIPS:

网上也有间接对 getInstance() 办法加锁的版本，这样大范畴的办法级别加锁会导致并发变低，实际上第一次调用生成实例之后，后续获取实例基本不须要并发管制了。而本例的双重查看锁版本能够防止此并发问题。

2、预加载（饿汉）

与懒加载绝对应，预加载是在类加载时就曾经初始化好了，所以是人造线程平安的，代码如下：

public class Singleton {private static final Singleton instance = new Singleton();// ①
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstance(){return instance;}
}

留神到 ① 处的类变量应用了final。

这里用 final 更多的意义在于提供语法束缚。毕竟你是单例，就只有这一个实例，不可能再指向另一个。instance有了 final 的束缚，前面再有人不小心编写了批改其指向的代码就会报语法错误。

这就好比 @Override 注解，你能保障写对办法名和参数，那不写注解也没问题，然而有了注解的束缚，编译器就会帮你查看，还能避免他人乱改。

3、动态外部类

此办法和预加载原理雷同，都是利用 JVM 类加载的个性实现人造的线程平安，不同之处在于，动态外部类做到了提早加载。

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

    public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.instance;}
}

SingletonHolder 是动态外部类，当外部类 Singleton 被加载的时候并不会创立任何实例，只有当 Singleton.getInstance() 被调用的时候，才会创立 Singleton 实例，这所有由 JVM 人造实现，所以既保证了线程平安，又实现了提早加载。

4、枚举

没错，枚举能够实现单例，而且这种形式是《Effective Java 中文版》第二版 中的举荐实现形式。代码极其简略：

public enum Singleton {
    /**
     * 单例实例
     */
    INSTANCE;

    public void doSomeThing(){System.out.println("done");
    }
}

应用时间接 Singleton.INSTANCE.doSomeThing(); 即可。

这里次要利用了枚举的如下两个个性：

• 枚举的结构器总是公有的，所以不用像前几种形式一样显式定义公有构造方法
• 枚举类中的每个值，都是实例（只有 INSTANCE 这一个实例）

除此之外，枚举还附带了一些额定益处：无偿地提供了序列化机制，还能够避免通过屡次反序列化生成多个实例。

鉴于此，单例的最佳实际就是用枚举来实现。

5、总结

事实上，单例的写法并不止于本文所提的这 4 种，你可能还会看到很多其余变种，它们或多或少都存在一些缺点，比方，懒加载形式将 synchronized 作用于整个办法上也能实现，但频繁加锁，开释锁会产生性能瓶颈，而齐全去掉锁又会带来并发问题。

所以，只有吃透了文中列出的这 4 种单例形式，就能做到触类旁通，见到他人写的单例也能一眼看出对错。

文中所列的 4 种单例模式，除了枚举之外，全都用到了 static 关键字，《Java 虚拟机标准》规定，有几种状况必须立刻对类进行“初始化”，其中波及 static 的场景如下：

读取或设置一个类型的动态字段（被 final 润饰、已在编译期把后果放入常量池的动态字段除外）的时候。

调用一个类型的静态方法的时候。

懒加载，预加载和动态外部类正是利用了这两点个性。

对 static 关键字忘记的同学能够参看我的另一篇文章：《一题搞定 static 关键字》

最初，再次强调一下，如果大家开发中须要手写单例，倡议服从 Joshua Bloch 在《Effective Java 中文版》第二版 中的倡议：

单元素的枚举类型曾经成为实现 Singleton 的最佳办法

参考资料：

1、《Effective Java 中文版》Joshua Bloch 第二版 P15

2、《深刻了解 Java 虚拟机》周志明 第 3 版，P444-P448，P264

3、深入浅出单实例 SINGLETON 设计模式

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