单例模式——最全写法汇总

一、意图与动机

保证一个类仅有一个实例，并且提供一个全局访问点。

二、效果

1、对唯一实例的受控访问。

2、缩小命名空间。单例模式是对全局变量的一种改进，避免污染全局变量空间

3、允许可变数目的实例。可以改进单例模式，精确控制实例个数

三、实现

1、线程不安全的实现（lazy init）

package com.yangyi.singleton;/** * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/27. */public class Singleton1 {    private static Singleton1 INSTANCE;    private Singleton1(){}    public static Singleton1 Instance() {        if (INSTANCE == null) {            INSTANCE = new Singleton1();        }        return INSTANCE;    }}

缺陷：多线程下不可用，无法确保只创建一个实例

2、同步方法（lazy init）

针对1中多线程不可用的问题，最直观手段是将访问方法做同步处理，从而实现线程安全的延迟加载

package com.yangyi.singleton;/** * 同步处理，线程安全，延迟加载 * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/27. */public class Singleton2 {    private static Singleton2 INSTANCE;    private Singleton2(){}    public static synchronized Singleton2 Instance() {        if (INSTANCE == null) {            INSTANCE = new Singleton2();        }        return INSTANCE;    }}

由于对Instance()方法做了同步处理，能够保证多线程可用，但synchronized将导致性能开销，如果多个线程频繁调用该方法，将会导致程序执行性能的下降。反之，如果该方法调用不频繁，这种实现则是可以使用的。

3、双重检查锁定（lazy init）——不正确的一种实现

为了解决2中同步带来的性能开销，一种思路是双重锁检查，只在第一次创建的时候做同步操作

package com.yangyi.singleton;/** * 双重锁检查，线程不安全，延迟加载 * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/27. */public class Singleton3 {    private static Singleton3 INSTANCE;    private Singleton3(){}    public static Singleton3 Instance() {        // 第一次检查        if (INSTANCE == null) {            // 枷锁            synchronized (Singleton3.class) {                // 第二次检查                if (INSTANCE == null) {                    // 创建                    INSTANCE = new Singleton3();                }            }        }        return INSTANCE;    }}

这种实现看起来比较完美，但这是一个错误的优化！

错误的地方：上述代码中第一次判断INSTANCE不为null，读取到的对象可能尚未初始化完毕。

问题的根源

代码中new创建实例的那一行，在jvm中实际做的事情大致可以归结为三点：

（1）、分配对象内存

（2）、初始化对象

（3）、设置INSTANCE指向分配的内存地址

而这3点中，2和3是可能发生重排序的，如果2和3的顺序被重排后，那么执行过程如下

（1）、分配对象内存

（3）、设置INSTANCE指向分配的内存地址

（2）、初始化对象

之所以会发生这种重排序，是因为java语言规范指定，所有线程在执行程序的时候必须遵循intra-thread semantics. intra-thread semantics保证重排序不会改变单线程内的执行结果，换句话说，intra-thread semantics允许那些单线程内不会改变程序执行结果的重排序。

接着来看这种重排序会导致的后果，如果线程A完成了（1）和（3），此时线程B去判断INSTANCE是否为null，此时INSTANCE不为null，但是所指向的内存地址空间尚未初始化完毕，所以此时线程B取到的实例是并未初始化完成的。

解决方案

知晓了问题的根源，我们来看如何解决，有两个思路：

方案一、不允许（2）和（3）重排序

方案二、允许（2）和（3）重排序，但是不允许其它线程看到这个重排序

根据这两种思路，于是有下面的两种实现方案

4、基于volatile的方案

我们知道java中的volatile关键字的作用就是限制指令的重排序，所以相对于3，我们只需要做一个小小的改动就可以将3中的方案变为正确无误、线程安全的实现方式。我们只需要将INSTANCE声明为volatile即可

package com.yangyi.singleton;/** * 基于volatile的双重锁检查，线程安全，延迟加载 * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/27. */public class Singleton4 {    private volatile static Singleton4 INSTANCE;    private Singleton4(){}    public static Singleton4 Instance() {        // 第一次检查        if (INSTANCE == null) {            // 枷锁            synchronized (Singleton4.class) {                // 第二次检查                if (INSTANCE == null) {                    // 创建                    INSTANCE = new Singleton4();                }            }        }        return INSTANCE;    }}

5、基于JVM类初始化的解决方案

jvm在类的初始化阶段（即在class被加载后，且被线程使用之前），会执行类的初始化，在初始化期间，JVM会获取一个锁，这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化。

利用这个特性，我们可以实现另外一种线程安全的单例模式

package com.yangyi.singleton;/** * 基于jvm类加载机制的单例实现 * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/27. */public class InstanceFactory {    private static class InstanceHolder {        public static Instance INSTANCE = new Instance();    }    public static Instance Instance() {        // 此处将触发InstanceHolder类的初始化        return InstanceHolder.INSTANCE;    }}

另外一种更加简洁的写法，利用静态常量

package com.yangyi.singleton;/** * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/28. */public class Singleton5 {    private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();    private Singleton5() {};    public static Singleton5 getInstance() {        return INSTANCE;    }}

另外一种实现方式，通过静态代码块

package com.yangyi.singleton;/** * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/28. */public class Singleton6 {    private static Singleton6 INSTANCE;    private Singleton6() {};    static {        INSTANCE = new Singleton6();    }    public static Singleton6 getInstance() {        return INSTANCE;    }}

上述三种实现均是基于jvm类初始化的解决方案，没有禁止指令重排，但是通过jvm类初始化时候的锁，将指令重排对第二个线程不可见

6、基于enum的实现方式

在effective java中介绍了一种基于enum实现单例的简洁方法

package com.yangyi.singleton;/** * Created by yangjinfeng02 on 2016/9/28. */public enum Singleton7 {    INSTANCE;    public void leaveTheBuilding() {            }}

四、总结

如此多的实现方案，思路不一样，但是目的是一致的。实际使用中可更具场景选择合适的方案，整体来说，基于类初始化的方案比较受推荐。