Java单例模式——暂时完美的单例

最近在网上找资料研究了下单例模式，结合网上的资料记录下暂时完美的单例：

一、暂时完美单例

public class Singleton {    //私有构造方法，防止被实例化    private Singleton(){}    //此处使用一个内部类来维护单例    private static class SingletonFactory{        private static Singleton instance = new Singleton();    }    //获取实例    public static Singleton getInstance(){        return SingletonFactory.instance;    }    //如果对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后一致    public Object readResolve(){        return getInstance();    }}

当第一次加载Singleton时并不会初始化instance，只有在第一次调用Singleton的getInstance()方法是才会触发instance的初始化。因此，第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingletonFactory类，这种方式不仅能够确保线程安全，也能够保证单例对象的唯一性，同事也延迟了单例的实例化，所以这是推荐使用的暂时完美的单例模式。

二、使用广泛的单例：Double Check Lock(DCL)单例模式

public class Singleton {    //私有构造方法，防止被实例化    private Singleton(){}    private static Singleton instance = null;    //获取实例    public static Singleton getInstance(){        if(instance == null){            synchronized(){                if(instance == null){                    instance = new Singleton();                }            }        }        return instance;    }    //如果对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后一致    public Object readResolve(){        return getInstance();    }}

DCL单例的亮点在getInstance()上，可以看到getInstance()方法中对instance进行了两次判空：第一层判断主要是为了避免不必要的同步，第二层判断则是为了在null的情况下创建实例。
我们来具体分析下。
假设线程A执行到instance = new Singleton()语句，这里看起来是语句代码，但实际上它并不是一个原子操作，这句代码最终会编译成多条汇编指令，它大致做了3个动作：
a.给Singleton实例分配内存；
b.调用Singleton()的构造函数，初始化成员字段；
c.将instance 对象指向分配的内存空间（instance 此时不为空）。

But……，由于Java编译器允许处理器乱序执行，以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Model即Java内存模型）中Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定，上面的b和c顺序是无法保证的。也就是说，执行顺序可能是a-b-c，也可能是a-c-b。如果是后者，并且在c执行完b未执行之前， 切换到B线程上，这时候instance 以为已经在A线程内执行过了c，instance 已经是非空了，所以，线程B直接取走instance ，再使用时就会报空，这就是DCL失效问题， 而且这种错误很难以追踪和重现，可能会导致bug长期潜伏在程序中，造成严重后果。

在JDK1.5之后，SUN官方已经注意到这个问题，调整了JVM，具体化了volatile关键字。因此，如果是JDK1.5或者1.5之后的版本，只需要将instance的定义改成private static volatile Singleton instance = null;就可以保证instance 对象每次都是从主内存中读取的，就可以使用DCL的写法来完成单例模式。
网上的资料有的说volatile或多或少会影响到性能，到考虑到程序的正确性，牺牲这点微不足道的性能还是值得的。

DCL方法实现单例模式的优点：既能够在需要时才开始实例化，又能够保证线程安全，且单例对象初始化后调用getInstance()不进行同步锁。
缺点：第一次加载时反应慢，也由于Java内存模型原因偶尔会失败。在高并发的环境下也有一定的缺陷，虽然发生的概率很小。这个问题被称为双重检查锁定（DCL）失效，在《Java并发编程实践》一书的最后讲到了这个问题，并指出这种“优化”是丑陋的，不赞成使用，建议使用例一的单例模式。