前言

今天看到某一篇文章的一句話 單例DCL 前面加 V 。就這句話讓我把 單例模式 又仔細看了一遍。

Java 中的 單例模式 是我們一直且經常使用的設計模式之一，大家都很熟悉，所以這篇文章僅僅做我自己記憶。

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

單例模式 涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。

單例類只能有一個實例。

單例類必須自己創建自己的唯一實例。

單例類必須給所有其他對象提供這一實例。

Java版七種單例模式寫法

一：懶漢，線程不安全

這種寫法lazy loading很明顯，但是致命的是在多線程不能正常工作。

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

二：懶漢，線程安全

這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的lazy loading，但是，遺憾的是，效率很低，99%情況下不需要同步。

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

三：餓漢

這種方式基於classloder機制避免了多線程的同步問題，不過，instance在類裝載時就實例化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是調用getInstance方法，但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化instance顯然沒有達到lazy loading的效果。

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

四：餓漢，變種

表面上看起來差別挺大，其實更第三種方式差不多，都是在類初始化即實例化instance。

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

五：靜態內部類

這種方式同樣利用了classloder的機制來保證初始化instance時只有一個線程，它跟第三種和第四種方式不同的是（很細微的差別）：第三種和第四種方式是隻要Singleton類被裝載了，那麼instance就會被實例化（沒有達到lazy loading效果），而這種方式是Singleton類被裝載了，instance不一定被初始化。因爲SingletonHolder類沒有被主動使用，只有顯示通過調用getInstance方法時，纔會顯示裝載SingletonHolder類，從而實例化instance。想象一下，如果實例化instance很消耗資源，我想讓他延遲加載，另外一方面，我不希望在Singleton類加載時就實例化，因爲我不能確保Singleton類還可能在其他的地方被主動使用從而被加載，那麼這個時候實例化instance顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第三和第四種方式就顯得很合理。

public class Singleton{
    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

似乎靜態內部類看起來已經是最完美的方法了，其實不是，可能還存在反射攻擊或者反序列化攻擊。且看如下代碼：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Singleton singleton = Singleton.getInstance();
    Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    Singleton newSingleton = constructor.newInstance();
    System.out.println(singleton == newSingleton);
}

六：枚舉

這種方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，最佳的單例實現模式就是枚舉模式。利用枚舉的特性，讓JVM來幫我們保證線程安全和單一實例的問題，而且還能防止反序列化重新創建新的對象。除此之外，寫法還特別簡單。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void get() {
        System.out.println("");
    }
}

通過反編譯我們看到，枚舉是在 static 塊中進行的對象的創建。

public final class com.loadclass.test.Singleton extends java.lang.Enum<com.loadclass.test.Singleton> {
  public static final com.loadclass.test.Singleton INSTANCE;

  public static com.loadclass.test.Singleton[] values();
    Code:
       0: getstatic     #1                  // Field $VALUES:[Lcom/loadclass/test/Singleton;
       3: invokevirtual #2                  // Method "[Lcom/loadclass/test/Singleton;".clone:()Ljava/lang/Object;
       6: checkcast     #3                  // class "[Lcom/loadclass/test/Singleton;"
       9: areturn

  public static com.loadclass.test.Singleton valueOf(java.lang.String);
    Code:
       0: ldc           #4                  // class com/loadclass/test/Singleton
       2: aload_0
       3: invokestatic  #5                  // Method java/lang/Enum.valueOf:(Ljava/lang/Class;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Enum;
       6: checkcast     #4                  // class com/loadclass/test/Singleton
       9: areturn

  public void get();
    Code:
       0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #8                  // String
       5: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return

  static {};
    Code:
       0: new           #4                  // class com/loadclass/test/Singleton
       3: dup
       4: ldc           #10                 // String INSTANCE
       6: iconst_0
       7: invokespecial #11                 // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      10: putstatic     #12                 // Field INSTANCE:Lcom/loadclass/test/Singleton;
      13: iconst_1
      14: anewarray     #4                  // class com/loadclass/test/Singleton
      17: dup
      18: iconst_0
      19: getstatic     #12                 // Field INSTANCE:Lcom/loadclass/test/Singleton;
      22: aastore
      23: putstatic     #1                  // Field $VALUES:[Lcom/loadclass/test/Singleton;
      26: return
}

七：雙重校驗鎖（ DCL：double-checked locking)

public class Singleton {
    // jdk1.6及之後，只要定義爲private volatile static SingleTon instance 就可解決DCL失效問題。
    // volatile確保instance每次均在主內存中讀取，這樣雖然會犧牲一點效率，但也無傷大雅。
    // volatile可以保證即使java虛擬機對代碼執行了指令重排序，也會保證它的正確性。
    private volatile static Singleton singleton;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

DCL及解決辦法&說明：

針對延遲加載法的同步實現所產生的性能低的問題，可以採用DCL，即雙重檢查加鎖（Double Check Lock）的方法來避免每次調用getInstance()方法時都同步。

Double-Checked Locking看起來是非常完美的。但是很遺憾，根據Java的語言規範，上面的代碼是不可靠的。
出現上述問題, 最重要的2個原因如下:

編譯器優化了程序指令, 以加快cpu處理速度.

多核cpu動態調整指令順序, 以加快並行運算能力.

問題出現的順序:

線程A, 發現對象未實例化, 準備開始實例化

由於編譯器優化了程序指令, 允許對象在構造函數未調用完前, 將共享變量的引用指向部分構造的對象, 雖然對象未完全實例化, 但已經不爲null了.

線程B, 發現部分構造的對象已不是null, 則直接返回了該對象.

解決辦法:
可以將instance聲明爲volatile，即 private volatile static Singleton instance
在線程B讀一個volatile變量後，線程A在寫這個volatile變量之前，所有可見的共享變量的值都將立即變得對線程B可見。

總結：

如果單例由不同的類裝載器裝入，那便有可能存在多個單例類的實例。假定不是遠端存取，例如一些servlet容器對每個servlet使用完全不同的類裝載器，這樣的話如果有兩個servlet訪問一個單例類，它們就都會有各自的實例。

private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException {
    ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    if (classLoader == null) {
        classLoader = Singleton.class.getClassLoader();
    }
    return (classLoader.loadClass(classname));
}

如果Singleton實現了java.io.Serializable接口，那麼這個類的實例就可能被序列化和復原。不管怎樣，如果你序列化一個單例類的對象，接下來複原多個那個對象，那你就會有多個單例類的實例。

public class Singleton implements Serializable {
    public static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton(){}
    //ObjectInputStream.readObject調用
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE;
    }
}

文章到這裏就全部講述完啦，若有其他需要交流的可以留言哦_！！

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Java版的7種單例模式

前言

Java版七種單例模式寫法

一：懶漢，線程不安全

二：懶漢，線程安全

三：餓漢

四：餓漢，變種

五：靜態內部類

六：枚舉

七：雙重校驗鎖（ DCL：double-checked locking)

DCL及解決辦法&說明：

總結：

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