昨天读到了公众号“Import New”的Hi，我们再来聊一聊 Java 的单例很有收获，在此做个简单的记录。

1.懒汉式

1.1简单式

// Version 1
public class Single1 {
    private static Single1 instance;
    public static Single1 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Single1();
        }
        return instance;
    }
}

// Version 1.1
public class Single1 {
    private static Single1 instance;
    private Single1() {}
    public static Single1 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Single1();
        }
        return instance;
    }
}

问题：多个线程同时访问，如果有多个线程同时运行到if (instance == null)时，都判断为null，这个时候就不是单例了。
想法：加上synchronized同步锁

1.2synchronized版本

// Version 2 
public class Single2 {
    private static Single2 instance;
    private Single2() {}
    public static synchronized Single2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Single2();
        }
        return instance;
    }
}

问题：给gitInstance方法加锁，虽然会避免了可能会出现的多个实例问题，但是会强制除T1之外的所有线程等待，实际上会对程序的执行效率造成负面影响。
想法：double-check

1.3 double-chek版本

// Version 3 
public class Single3 {
    private static Single3 instance;
    private Single3() {}
    public static Single3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Single3.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Single3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

第一个if (instance == null)是为了解决上一方案中的效率问题
第二个if (instance == null)是为了防止多个实例
问题：1、instance = new Single3();非原子操作 2、会受到指令重排的影响。

原子操作：简单来说，原子操作（atomic）就是不可分割的操作，在计算机中，就是指不会因为线程调度被打断的操作。
例如：赋值操作

m = 6;

指令重排：简单来说，就是计算机为了提高执行效率，会做的一些优化，在不影响最终结果的情况下，可能会对一些语句的执行顺序进行调整。

下面这段话直接从陈皓的文章(深入浅出单实例SINGLETON设计模式)中复制而来：

主要在于singleton = new Singleton()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 singleton 分配内存
调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，形成实例
将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 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。

再稍微解释一下，就是说，由于有一个『instance已经不为null但是仍没有完成初始化』的中间状态，而这个时候，如果有其他线程刚好运行到第一层if (instance == null)这里，这里读取到的instance已经不为null了，所以就直接把这个中间状态的instance拿去用了，就会产生问题。

这里的关键在于——线程T1对instance的写操作没有完成，线程T2就执行了读操作。

1.4 终极版本：volatile

// Version 4 
public class Single4 {
    private static volatile Single4 instance;
    private Single4() {}
    public static Single4 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Single4.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Single4();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

volatile关键字的一个作用是禁止指令重排，把instance声明为volatile之后，对它的写操作就会有一个内存屏障（什么是内存屏障？），这样，在它的赋值完成之前，就不用会调用读操作。

注意：volatile阻止的不是singleton = new Singleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排，而是保证了在一个写操作（[1-2-3]）完成之前，不会调用读操作（if (instance == null)）。

2.饿汉式单例

饿汉式单例是指：指全局的单例实例在类装载时构建的实现方式。

2.1 饿汉式单例的实现方式

//饿汉式实现
public class SingleB {
    private static final SingleB INSTANCE = new SingleB();
    private SingleB() {}
    public static SingleB getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

问题：INSTANCE的初始化是在类加载时进行的，而类的加载是由ClassLoader来做的，所以开发者本来对于它初始化的时机就很难去准确把握。

3 其他的一些方式

3.1 Effective Java 1 —— 静态内部类

// Effective Java 第一版推荐写法
public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton (){}
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

3.2 Effective Java 2 —— 枚举

// Effective Java 第二版推荐写法
public enum SingleInstance {
    INSTANCE;
    public void fun1() { 
        // do something
    }
}
 
// 使用
SingleInstance.INSTANCE.fun1();

4.可参考的链接

深入浅出单实例SINGLETON设计模式
Java并发编程：volatile关键字解析
为什么volatile不能保证原子性而Atomic可以？
类在什么时候加载和初始化？

Java单例模式