转载

Java单例模式实现及优化

单例模式是设计模式中较为简单的一种，用于生成唯一可访问的对象实例。单例模式又分为懒汉式和饿汉式，这里分享下两种方式的传统实现及优化后的实现方式。

懒汉式单例：

特点：当需要使用对象的时候才进行实例化，需要考虑线程安全问题（防止并发访问时生成多个实例以及返回null值），因此需加锁，用时间换空间。

传统实现

class Singleton{
    // 私有构造函数
    private Singleton() {}

    private static Singleton obj;

    // 加锁保证obj只实例化一次，时间换空间
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (obj == null) {
            obj = new Singleton();
        }
        return obj;
    }
}

优化实现

传统实现方式中，每次获取实例都要被synchronized关键字串行化（即使已经生成了实例）。而我们加锁的目的是为了防止生成多个实例，因此只需对生成实例的代码加锁，生成实例后，可支持并发访问，提高了性能。代码如下：

class Singleton {
    // 私有构造函数
    private Singleton() {}
    // 最后解释volatile关键字
    private volatile static Singleton obj;

    public static Singleton getInstance(){
        // 已有实例则直接返回，不走锁
        if (obj == null) {
            // 仅在没生成实例时加锁控制，使并发访问串行化
            synchronized (Singleton.class) {
                // 多个线程会按序执行到此处，需要再次检查是否已实例化
                if (obj == null) {
                    obj = new Singleton();
                }
            }
        }
        return obj;
    }
}

由于检查了两次对象是否已实例化，该方法又称 “双检锁” ，能够同时保证性能及线程安全。

饿汉式单例：

特点：类加载时便实例化对象，拿空间换时间

传统实现

class Singleton{
    // 私有构造函数
    private Singleton() {}
    // 类加载时就实例化对象
    private static Singleton obj = new Singleton();
    
    public static Singleton getInstance(){
        return obj;
    }
}

优化实现

传统实现方式中，由于类加载时就实例化对象，因此当我们调用静态方法时，也会进行实例化，从而导致空间的浪费。由于静态内部类中的对象不会默认加载，直到调用了该内部类的方法，因此可用静态内部类封装静态实例变量。代码如下：

class Singleton{
    // 私有构造函数
    private Singleton() {}

    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

推荐这种实现，利用static保证线程安全，利用静态内部类节约了空间，实现lazy-loading。 补充对懒汉式单例volatile关键字的解释： 懒汉式单例的实例声明中有voliate关键字，不添加可能出现getInstance为null的情况。因为new对象不是原子操作，会被编译成如下三条指令： 1. 给实例分配内存 2. 初始化实例的构造 3. 将实际对象指向分配的内存空间（此时实例已经不为空）正常的思路是123一定按序执行。但事实时java会进行指令重排序（出自百度：JVM根据处理器的特性，充分利用多级缓存，多核等进行适当的指令重排序，使程序在保证业务运行的同时，充分利用CPU的执行特点，最大的发挥机器的性能）。即JVM执行上面三条指令的时，可能按照132执行。如此当13执行完，2还未执行，如果另外一个线程调用getInstance()，会在第一次判空时返回false（3已执行，对象不为空）然后直接返回实例。但此时2还没执行，实例并未完全初始化，会出现错误（引用逃逸）。注意：final字段不能保证初始化过程中的可见性，也无法禁止指令重排序！ voliate关键字可以禁止指令重排序，保证123顺序执行，能够解决问题。最后补一张spring容器中的单例实现，用局部变量避免指令重排序来提高性能（解释： https://www.jb51.cc/java/438368.html ）借图：