Java中的单例模式的优秀实现

单例模式不得不说应该算初学者接触的最早几个设计模式之一了，主要是因为它的应用场景比起什么其他模式太简单易懂了，我们都知道，你要一个总体控制的类，比如一个能够初始化功能，提供特定功能的Helper类，那你用单例模式实现是非常有用的，因为它能提供两个非常好的优势

1、内存空间占用的优化，无论在哪里在何时都是同一个对象同一个实例，节省了内存

2、全局的同步化，由于是用同一个对象，对象的某些状态得到了同步，也就是说避免了不一致状态

但是，这个简单的设计模式看着很容易，实现起来却非常复杂（虽然初学者觉得非常简单），想要实现一个“可靠”的单例模式可要费一番脑筋，让我们来看看实际实现代码

实现方式1：

public class SingletonA {             /**       * 单例对象实例       */        private static SingletonA instance = null;             public static SingletonA getInstance() {            if (instance == null) {                                            instance = new SingletonA();                     }            return instance;        }    }    

这就是最简单的实现方式，也是我们最先接触到的，对于大一的学生来说，你能知道这个就已经很厉害了哈哈~

言归正传，这个实现方式实际上就是“懒汉模式”，不要小看它，它可用到了Lazy Load的思想，就是延迟加载，只有当你第一次需要这个单例类的时候，你才会调用

instance = new SingletonA(); 

这句代码，那么没用到之前都不用占用内存空间，这可是一种优化方式呢！

但是这个简单的实现一旦到了多线程情况下就会遇到很大的问题，假设线程A、B在执行中，A先做了判断，发现instance为空，正当它准备执行下一句的时候，JVM将处理器资源分配给了线程B，它又做了一次判断，但B也发现instance为空，因为A还没有执行下一句，内存还未分配，于是B执行了初始化new操作，当JVM把A唤醒的时候，它又进行了一次初始化，这样你的instance就做了两次初始化，就出现了多个instance实例，就不满足第一点了，所以这个方法不是线程安全的，那么如何能够实现一个线程安全的单例模式呢？

实现方式2：

public class SingletonB {             /**       * 单例对象实例       */        private static SingletonB instance = null;             public synchronized static SingletonB getInstance() {            if (instance == null) {                instance = new SingletonB();            }            return instance;        }    }    

说到同步我们怎么会忘了synchronized关键字呢？既然这个代码段要保证线程安全，用关键字就是啦！虽然没错，但你这样的代码有个很大的性能问题，当你第一次创建实例之后，后面都不需要同步了对不对（反正都是同一个了），可进入同步锁和释放锁的耗时可是很大的，仅仅为了一开始的一次操作放弃了后面全部的性能，这可真的是得不偿失，所以说这个方式虽然满足了多线程要求，性能上的要求完全不满足！

实现方式3：

public class SingletonC {             /**       * 单例对象实例       */        private static SingletonC instance = null;             public static SingletonC getInstance() {            if (instance == null) {                synchronized (SingletonC.class) {                    if (instance == null) {                        instance = new SingletonC();                    }                }            }            return instance;        }    }    

既然上面的性能上不行，那我们可以来尝试做优化呀~把需要线程安全的状态用同一个同步锁来保护，这可是《并发编程实践》提供的思路对不对，那我这样优化岂不是很完美，假设线程A进入了同步代码块中，另外一个线程B即时也想进入代码块（判断为null，表示true）但B就被阻塞了，当A完成初始化之后B即时再进入也不会有问题，因为还有一次判断。而完成第一次初始化之后以后一旦判断为false，自然也不会进入同步代码块。可以说这种方式兼容了性能和并行的要求，感觉好像已经很完美了，实际上这个方法也有个名字就是DCL（double check lock），并且在一段时间一直被认为是一种很好的单例并发写法，但这个方法在java环境下却有着隐藏非常深的BUG

我不说那么详细，只是粗略的用一个例子做比方说一下BUG的所在点：

当你执行instance = new SingletonC();这个操作的时候，实际上执行了三个步骤，分配内存、初始化以及把instance指向内存，按道理这是很正常的三个步骤，但是这三个步骤JVM执行的时候是可以乱序执行的，也就是说它认为这三个步骤反正都要做，而且很快就做完了，你颠倒顺序也不会出现问题。为什么这么说呢？举个例子，你炒菜如果不是太计较的话，比如我们的食堂，你先放盐再放醋感觉也没什么问题对不对…

可是，假设JVM先执行了第一、第三步骤，还没有执行第二步骤，这时候你的A线程被强制切换了，第二个线程B进入了代码的第一个判断（还没有进入同步代码段），它的判断发现instance竟然不是null，因为A中第三个步骤已经执行了，所以线程B连同步代码块都不会进入，然后它就进入了return的执行。这时候B得到的instance实例还没有初始化，就是说它指向的内存区域我们完全不可知是什么，但却误认为它就是初始化完成的实例，那程序就进入了不可控的阶段，自然而然BUG就来了！用我们之前的例子，假设同学们都认为只要放了盐菜就可以吃了，可烧菜的同学（线程A）却先放了盐，这时另外一个同学来了（线程B），他一看放了盐，直接就端走去吃了，可这时候的菜却并没有完成制作，问题就出现了。

官方在发现问题后新加入了volatile关键字来优化这个问题，JDK1.5以及之后的版本只要在instance的定义中加入volatile关键字，作用是保证每次都从主内存中读取对象，那么就可以解决DCL失效的情况，但同样，性能上肯定会有所消耗。

实现方式4：

public class SingletonD {             /**       * 单例对象实例       */        private static SingletonD instance = new SingletonD();             public static SingletonD getInstance() {            return instance;        }    }    

我第一次看的时候也看蒙了，这就是“饿汉”式的写法，它可以保证并发性，为什么呢？我们要知道，一个类在被加载的时候，JVM能够保证它只被加载一次，而我们也知道，static变量会在类加载时就被创建，而不是在实例化的时候，在它那这样一来不就能够保证了单例对象的唯一性了吗？话是这样说没错，但这个方法也有一个缺陷，我们之前提到的延时加载（只有当第一次用到时才分配内存，达到分配内存的效果），这个模式就没有这个优点了，而这个缺陷的另外一个问题，假设你的单例模式初始化时需要一些实时参数，那么这个方式由于只能在类加载时初始化实例，所以自然也做不到这个要求，不过它为我们更好的单例模式提供了一个思路！

实现方式5：

public class SingletonE {             private static class SingletonHolder {            /**           * 单例对象实例           */            static final SingletonE instance = new SingletonE();        }             public static SingletonE getInstance() {            return SingletonHolder.instance;        }    }    

这就是《Java并发编程实战》推荐的单例模式的方式，也是我认为最好的一个方式，第一个并发性的问题由于instance是静态内部类，不会出现问题；并且SingletonHolder只能在内部被访问，只有第一次调用getInstance才会初始化，所以又保持了延时加载的特性，自然就可以做到初始化时参数的使用。

说了这么多实现方式，其实还有一些实现方式比较冷门，大家可以去看一看，但对于高并发的情况下，只会最基本的实现是不够的，从上面这五种的不断进化，最终静态内部类的方式应该来说已经满足了所有要求，可以说是优秀实现了。当然，肯定还会又很多更有效的实现方式等着大家去了解，我只希望能帮助大家理解这些实现的优劣。