深入分析Java单例模式的各种方案

作者：秋? 发布时间：[ 2017/4/5 14:21:45 ] 推荐标签：测试开发技术 Java

　　单例模式
　　Java内存模型的抽象示意图:

　　所有单例模式都有一个共性，那是这个类没有自己的状态。也是说无论这个类有多少个实例，都是一样的；然后除此者外更重要的是，这个类如果有两个或两个以上的实例的话程序会产生错误。
　　非线程安全的模式
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) //1：A线程执行
instance = new Singleton(); //2：B线程执行
return instance;
}
}
　　普通加锁
public class SafeLazyInitialization {
private static Singleton instance;
public synchronized static Singleton getInstance() {
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
　　出于性能考虑，采用双重检查加锁的模式
　　双重检查加锁模式
public class Singleton{
private static Singleton singleton;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(null == singleton){ //第一次检查
synchronized(Singleton.class){ //加锁
if(null == singleton){ //第二次检查
singleton = new Singleton();//问题的根源出在这里
}
}
}
return singleton;
}
}
　　双重检查加锁模式相对于普通的单例和加锁模式而言，从性能和线程安全上来说都有很大的提升和保障。然而双重检查加锁模式也存在一些隐蔽不易被发现的问题。首先我们要明白在JVM创建新的对象时，主要要经过三个步骤。
　　· 分配内存
　　· 初始化构造器
　　· 将对象指向分配的内存地址
　　这样的顺序在双重加锁模式下是么有问题的，对象在初始化完成之后再把内存地址指向对象。
　　问题的根源
　　但是现代的JVM为了追求执行效率会针对字节码（编译器级别）以及指令和内存系统重排序（处理器重排序）进行调优，这样的话有可能(注意是有可能)导致2和3的顺序是相反的，一旦出现这样的情况问题来了。
　　java源代码到终实际执行的指令序列:

　　前面的双重检查锁定示例代码的（instance = new Singleton();）创建一个对象。这一行代码可以分解为如下的三行伪代码：
　　memory = allocate();   //1：分配对象的内存空间
　　ctorInstance(memory); //2：初始化对象
　　instance = memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址
　　上面三行伪代码中的2和3之间，可能会被重排序（在一些JIT编译器上，这种重排序是真实发生的，详情见参考文献1的“Out-of-order writes”部分）。2和3之间重排序之后的执行时序如下：
　　memory = allocate();   //1：分配对象的内存空间
　　instance = memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址
　　//注意，此时对象还没有被初始化！
　　ctorInstance(memory); //2：初始化对象

　　多线程并发执行的时候的情况:

　　解决方案
　　基于Volatile的解决方案
　　先来说说Volatile这个关键字的含义：
　　· 可以很好地解决可见性问题
　　· 但不能确保原子性问题（通过 synchronized 进行解决）
　　· 禁止指令的重排序（单例主要用到此JVM规范）
　　Volatile 双重检查加锁模式
public class Singleton{
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(null == singleton){
synchronized(Singleton.class){
if(null == singleton){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
　　基于类初始化的解决方案
　　利用静态内部类的方式来创建，因为静态属性由JVM确保第一次初始化时创建，因此也不用担心并发的问题出现。当初始化进行到一半的时候，别的线程是无法使用的，因为JVM会帮我们强行同步这个过程。另外由于静态变量只初始化一次，所以singleton仍然是单例的。