• 你真的会用单例模式吗?


    说起单例模式,大家都不陌生,它是简单而又经常用的设计模式之一。但是,你真的会用单例模式吗?

    完美的单例模式

    (1)单例(ps:废话,看名字就知道啦~)
    (2)延迟加载
    (3)线程安全
    (4)没有性能问题
    (5)防止反序列化产生新对象

    单例模式的实现方式

    通常它的实现方式有两种:

  • 1、饿汉式:在定义变量的时候就创建对象
  • public class MyEngine{
        public static MyEngine instance = new MyEngine();
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            return instance;
        }
    }
    这种方法写法最简单,缺点是一旦类被加载就会去初始化单例,没有实现延迟加载。而且当实现了Serializable接口后,反序列化时单例会被破坏。实现Serializable接口需要重写readResolve,才能保证其反序列化依旧是单例:
    public class MyEngine implement Serializable{
        public static MyEngine instance = new MyEngine();
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            return instance;
        }
        /** 
         * 如果实现了Serializable, 必须重写这个方法:没有找到这个方法?
         */ 
        private Object readResolve() throws ObjectStreamException { 
            return instance; 
        }
    }
  • 2、懒汉式:按需加载
  • (1)最简单的懒汉式单例
    public class MyEngine{
        public static MyEngine instance;
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            if(instance==null){
               instance  = new MyEngine();
            }
            return instance;
        }
    }
    这样只有调用getInstance才会初始化单例,实现了延迟加载。但是,如果多个线程同时调用getInstance时,可能会创建出多个instance对象,因此需要进行同步。同步的话,加个synchronized关键字即可。 (2)线程安全的懒汉式单例
    public class MyEngine{
        public static MyEngine instance;
        private void MyEngine(){
        }
        public static synchronized MyEngine getInatance(){
            if(instance==null){
               instance  = new MyEngine();
            }
            return instance;
        }
    }
    上面的做法确实保证了线程的安全,但是会引起性能问题,因为在同一时间只能有一个线程能去调用getInstance。所以有必要对其优化下。 (3)线程安全的懒汉式单例:双重检验锁
    public class MyEngine{
        public static MyEngine instance;
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            if(instance==null){//第一次检查
               synchronized(MyEngine.class){
                    if(instance==null){//第二次检查
                        instance  = new MyEngine();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }
    执行两次检查很有必要:多个线程执行第一次检查,然后有一个线程进入同步块,创建了单例对象,其他的进入就不会再次创建新的实例。 这段代码看起来很完美,但仍旧存在问题,以下内容引用自黑桃夹克大神的如何正确地写出单例模式 这段代码看起来很完美,很可惜,它是有问题。主要在于instance = new MyEngine()这句,这并非是一个原子操作,事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
  • 给 instance 分配内存
  • 调用 MyEngine 的构造函数来初始化成员变量
  • 将instance对象指向分配的内存空间(执行完这步 instance 就为非 null 了)
  • 但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被线程二抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错。

    我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了。

    public class MyEngine{
        public static volatile MyEngine instance;
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            if(instance==null){//第一次检查
               synchronized(MyEngine.class){
                    if(instance==null){//第二次检查
                        instance  = new MyEngine();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    有些人认为使用 volatile 的原因是可见性,也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本,每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性:禁止指令重排序优化。也就是说,在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障(生成的汇编代码上),读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子,取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后,不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话,就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作(这里的“后面”是时间上的先后顺序)。

    但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM (Java 内存模型)是存在缺陷的,即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序,主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复,所以在这之后才可以放心使用 volatile。

    相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式,当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。

    其他线程安全方式

    我们可以利用JVM加载类的机制去实现同步控制。

  • 1、static final
  • public class MyEngine{
        //类加载时就初始化
        public static final MyEngine INSTANCE = new MyEngine();
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            return INSTANCE;
        }
    }
    这种做法可惜不是懒汉式,而且对于需要传递参数构造单例的话,就无法使用了。
  • 2、静态内部类
  • public class MyEngine{
        /**
         * 类级的内部类,也就是静态的成员式内部类,该内部类的实例与外部类的实例没有绑定关系,  
         * 而且只有被调用到才会装载,从而实现了延迟加载  
         */
        public static class MyEngineHolder {
            private static final MyEngine INSTANCE = new MyEngine();
        }
        private void MyEngine(){
        }
        public static MyEngine getInatance(){
            return MyEngineHolder.INSTANCE;
        }
    }
    这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题;由于 MyEngineHolder 是私有的,除了 getInstance() 之外没有办法访问它,因此它是懒汉式的;同时读取实例的时候不会进行同步,没有性能缺陷;也不依赖 JDK 版本。
  • 3、枚举enum
  • public enum MyEngine{
        INSTANCE;
    }
    我们通过MyEngine.INSTANCE来访问实例,且创建枚举默认是线程安全的,还能防止反序列化导致重新创建新的对象。但是一般很少看见这样写的,可能是大家不熟悉这样的写法吧。
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