📖摘要
今天分享下 —— 手寫一個線程安全的惡漢單例 的一些基本知識，歡迎關注！
網上都說單例模式是所有模式中最簡單的一種模式，巧的是我也這麼認爲。不過越簡單的東西，往往坑就隱藏的越深，這邊文章我會把我知道的幾個坑講出來。
🌂分享
什麼是單例模式
就如同他的名字一樣，‘單例’-就是隻有一個實例。也就是說一個類在全局中最多隻有一個實例存在，不能在多了，在多就不叫單例模式了。
- 小故事
- 程序員小H單身已久，每天不是對着電腦，就是抱着手機這樣來維持生活。某日，坐在電腦前，突然感覺一切都索然無味。謀生想找一個對象來一起度過人生美好的每一天。
- 於是精心打扮出門找對象，由於小H很帥，很快就找到了心儀的另一半–小K。小H的心中永遠只有小K一個人，而且發誓永遠不會在找新對象。
- 小H和小K的關係就是單例模式，在小H的全局中只有一個小K對象，且無第二個，如果有第二個的話，他們之間的關係就出問題了。哈哈
-
用在哪裏
單例模式一般用在對實例數量有嚴格要求的地方，比如數據池，線程池，緩存，session回話等等。 -
在Java中構成的條件
- 靜態變量
- 靜態方法
- 私有構造器
單例模式的兩種形態
懶漢模式
線程不安全
public class Singleton {
private static Singleton unsingleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(unsingleton==null){
unsingleton=new Singleton();
}
return unsingleton;
}
}
餓漢模式
線程安全
public class Singleton {
private static Singleton unsingleton=new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return unsingleton;
}
}
調用
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1=Singleton.getInstance();
}
}
懶漢模式優化成線程安全
懶漢模式要變成線程安全的除了用餓漢模式之外，還有兩種方法。
加synchronized關鍵字
此方法是最簡單又有效的方法，不過對性能上會有所損失。比如兩個線程同時調用這個實例，其中一個線程要等另一個線程調用完纔可以繼續調用。而線程不安全往往發生在這個實例在第一次調用的時候發生，當實例被調用一次後，線程是安全的，所以加 synchronized 就顯得有些浪費性能。
public class Singleton {
private static Singleton unsingleton;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(unsingleton==null){
unsingleton=new Singleton();
}
return unsingleton;
}
}
用"雙重檢查加鎖"
上個方法說到，線程不安全往往發生在這個實例在第一次調用的時候發生，當實例被調用一次後，線程是安全的。那有沒有方法只有在第一次調用的時候才用 synchronized 關鍵字，而第一次後就不用 synchronized 關鍵字呢？答案是當然有的，就是用 volatile 來修飾靜態變量，保持其可見性。
public class Singleton {
private static volatile Singleton unsingleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(unsingleton==null){
//只有當第一次訪問的時候纔會使用synchronized關鍵字
synchronized (Singleton.class){
unsingleton=new Singleton();
}
}
return unsingleton;
}
}
用"靜態內部類"
靜態內部類的優點是：外部類加載時並不需要立即加載內部類，內部類不被加載則不去初始化 INSTANCE，故而不佔內存。即當 SingleTon 第一次被加載時，並不需要去加載 SingleTonHoler，只有當 getInstance() 方法第一次被調用時，纔會去初始化 INSTANCE,第一次調用 getInstance() 方法會導致虛擬機加載 SingleTonHoler 類，這種方法不僅能確保線程安全，也能保證單例的唯一性，同時也延遲了單例的實例化。
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton instatnce;
private static class SingletonHolder {
private static Singleton instatnce = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.instatnce;
}
}
那麼，靜態內部類又是如何實現線程安全的呢？首先，我們先了解下類的加載時機。
類加載時機：JAVA虛擬機在有且僅有的5種場景下會對類進行初始化。
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遇到
new、getstatic、setstatic或者invokestatic這4個字節碼指令時，對應的java代碼場景爲：new一個關鍵字或者一個實例化對象時、讀取或設置一個靜態字段時(final修飾、已在編譯期把結果放入常量池的除外)、調用一個類的靜態方法時。 -
使用
java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用的時候，如果類沒進行初始化，需要先調用其初始化方法進行初始化。 -
當初始化一個類時，如果其父類還未進行初始化，會先觸發其父類的初始化。
-
當虛擬機啓動時，用戶需要指定一個要執行的主類(包含
main()方法的類)，虛擬機會先初始化這個類。 -
當使用
JDK 1.7等動態語言支持時，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最後的解析結果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，並且這個方法句柄所對應的類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。
這5種情況被稱爲是類的主動引用，注意，這裏《虛擬機規範》中使用的限定詞是"有且僅有"，那麼，除此之外的所有引用類都不會對類進行初始化，稱爲被動引用。靜態內部類就屬於被動引用的行列。
我們再回頭看下 getInstance() 方法，調用的是SingleTonHoler.INSTANCE，取的是 SingleTonHoler 裏的 INSTANCE 對象，跟上面那個 DCL 方法不同的是，getInstance() 方法並沒有多次去 new 對象，故不管多少個線程去調用getInstance() 方法，取的都是同一個 INSTANCE 對象，而不用去重新創建。當 getInstance() 方法被調用時，SingleTonHoler 纔在 SingleTon 的運行時常量池裏，把符號引用替換爲直接引用，這時靜態對象 INSTANCE 也真正被創建，然後再被 getInstance() 方法返回出去，這點同餓漢模式。那麼INSTANCE 在創建過程中又是如何保證線程安全的呢？在《深入理解JAVA虛擬機》中，有這麼一句話:
虛擬機會保證一個類的()方法在多線程環境中被正確地加鎖、同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那麼只會有一個線程去執行這個類的()方法，其他線程都需要阻塞等待，直到活動線程執行()方法完畢。如果在一個類的()方法中有耗時很長的操作，就可能造成多個進程阻塞(需要注意的是，其他線程雖然會被阻塞，但如果執行()方法後，其他線程喚醒之後不會再次進入()方法。同一個加載器下，一個類型只會初始化一次。)，在實際應用中，這種阻塞往往是很隱蔽的。
故而，可以看出 INSTANCE 在創建過程中是線程安全的，所以說靜態內部類形式的單例可保證線程安全，也能保證單例的唯一性，同時也延遲了單例的實例化。
那麼，是不是可以說靜態內部類單例就是最完美的單例模式了呢？其實不然，靜態內部類也有着一個致命的缺點，就是傳參的問題，由於是靜態內部類的形式去創建單例的，故外部無法傳遞參數進去，例如 Context 這種參數，所以，我們創建單例時，可以在靜態內部類與 DCL 模式裏自己斟酌。
四種線程安全的單例模式比較
- 餓漢模式：性能好，寫法簡單，個人比較推薦用這個
- 加synchronized關鍵字：性能差，不過對懶漢模式的蓋章比較直接有效。
- volatile-雙重驗證加鎖：性能好，對Java版本有要求，要求Java5以上版本
- 靜態內部類：性能好，無需加鎖，由JVM類加載保證。
🎉最後
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