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前言
最近看Effective Java看到了一点关于单例模式的内容，结合自己所知，在此做个总结归纳。
单例模式
单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，用于限制一个类的实例化次数，确保在整个程序运行期间，该类只有一个实例存在，并提供一个全局访问点来访问这个实例。
单例模式的几种实现方式
普遍来说，单例模式的实现主要有两种方式：
- 饿汉式：类加载时该单实例对象被创建。
- 懒汉式：首次使用该对象时，该单实例对象才会被创建。
补充：
- 枚举
饿汉式
- 思路：在类加载时就创建好一个静态实例，因此类加载器保证了单例的唯一性。
饿汉式-静态变量写法
- 优点：简单易懂，不需要加锁。
- 缺点：无论是否需要，都会在类加载时创建实例，可能造成资源浪费。
public class Singleton {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
饿汉式-静态代码块写法
- 实现逻辑与静态变量写法写法基本一致，优缺点同上。
public class Singleton {
private static final Singleton INSTANCE ;
static{
INSTANCE = new Singleton()
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
懒汉式
- 总体思想：在第一次使用时才创建实例。
懒汉式-经典写法
- 思想：第一次使用时才创建实例。
- 优点：可以延迟加载。
- 缺点：在多线程环境下可能会产生多个实例，需要加锁来保证线程安全。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {//在多线程情况下，理论上有可能出现多个线程同时进入了该判断体。
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懒汉式-同步方法（不推荐）
- 思想：在每次调用getInstance方法时都进行同步，从而确保即使在多线程环境下，也不会创建出多个实例。
- 优点：延迟加载、线程安全。
- 缺点：我们知道，绝大大部分情况下资源冲突并不会频繁发生，而每次调用getInstance方法时都需要进行同步操作，这会导致性能下降。尤其是在高并发情况下，同步操作可能会成为瓶颈。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {//在多线程情况下，理论上有可能出现多个线程同时进入了该判断体。
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懒汉式-双重检查锁（推荐）
- 思想：使用双重检查锁定（Double-Checked Locking），只在必要时进行同步。
- 优点：延迟加载，并且线程安全。
- 缺点：实现稍微复杂一些。
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;//注意volatile
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {//检查是否未初始化
synchronized (Singleton.class) {//注意，在一个线程拿到锁后，可能有多个线程阻塞在该部分，在当前线程完成初始化操作后，他们也是有机会拿到锁的，因而需要在锁内部再加一个判断
if (instance == null) {//为了保证其他线程对instance的可见性，instance 应该声明为volatile
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
注意：
- 在双重检查锁定中，instance变量需要被声明为volatile，以确保多线程环境下对instance的可见性和有序性
懒汉式-静态内部类（推荐）
- 思想：控制类加载的时机，利用类加载机制保证初始化实例时只有一个线程。
- 优点：既实现了懒加载，又能保证线程安全，而且代码简洁。
public class Singleton {
private static class LazyHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
存在的问题
简单来说，私有构造方法并不是绝对安全的，仍可通过一定方式拿到它，请看如下代码：
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton s = Singleton.getInstance();//这个Singleton可以是以上某一个
Constructor<Singleton > constructor = Singleton .class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);//打开可访问性
Singleton sf = constructor.newInstance();//获取其无参构造方法
System.out.println(s == sf);//比较引用
}
在此情况下，我们通过反射拿到了该类的一个实例，与原实例比较引用，会发现，其指向并不相同。
当然，反射问题属于比较极端的问题。但是，其在序列化和反序列化下也并不安全，假设我们的实例类实现了 Serializable接口（以上代码未实现）。
Singleton s = Singleton.getInstance();//这个Singleton可以是以上某一个
byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(s);
Object deserialize = SerializationUtils.deserialize(serialize);
System.out.println(s == deserialize); //true or false --> false
与原实例比较引用，会发现，其指向并不相同。关于这一部分，实际上有个机制：
当一个实现了Serializable接口的单例对象被序列化后，再通过反序列化操作恢复时，默认情况下会生成一个新的对象实例。这意味着即使原始对象是单例的，反序列化后的对象也将是一个新的实例。
为了保证序列化安全，需要在单例类中定义readResolve方法。这个方法将在反序列化过程中被调用，用来返回一个替代对象。通过readResolve方法返回单例的现有实例，可以确保序列化和反序列化过程中始终只有一个实例。如：
public class Singletonimplements Serializable {
private static class LazyHolder {
private static final SingletonINSTANCE = new MyTest();
}
private Singleton() {
}
public static final SingletongetInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
private Object readResolve() {//see
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
枚举（天然适合）
事实上，枚举实现单例模式的方式是基于语言级别的支持，它不仅简洁，而且天然具备线程安全性和序列化安全性。
比如：
- 反射安全方面：在Constructor源码中，当调用newInstance创建对象时，会检查该类是否为ENUM，如果是则抛出异常，也就是说即使拿到了该枚举类的构造方法，也无法通过反射来建立它的实例。
- 序列化安全方面：当枚举对象被序列化时，只会将枚举常量的名字（name）输出到结果中，而不是整个对象的状态。在反序列化时，Java 会通过调用 java.lang.Enum.valueOf(Class, String) 方法来根据名字查找枚举常量，而不是创建一个新的枚举对象。。
- 线程安全：由反编译可知，枚举常量的初始化是在静态代码块中完成的，在类加载时完成初始化，而类加载是由JVM保证线程安全的。
public enum Elvis {
INSTANCE;
public void leaveTheBuilding() {
System.out.println("Elvis has left the building.");
}
}
总结
- 饿汉式：在类加载时创建实例，简单易懂，无需加锁。
- 懒汉式：延迟创建实例，需考虑线程安全问题。
- 经典写法：非线程安全。
- 同步方法：线程安全但性能较差。
- 双重检查锁（DCL）：线程安全且性能较好。
- 静态内部类：线程安全且简洁。
- 枚举：简洁且天然具备线程安全性和序列化安全性，防止反射破坏。