设计模式：单例模式 - 实现及线程安全的单例详解
学习设计模式不光要学习设计模式的思想，还要去深入理解，为什么要用这个设计模式。
如何深入理解？读优秀的框架代码，看别人代码，了解它们的使用场景。 - - - 博主老师（感谢他）
单例应用的太广泛，大家应该都用过，本文主要是想聊聊线程安全的单例以及反序列化破坏单例的情况。
单例模式 - 实现及线程安全的单例详解
- 1、概念
- 2、实现
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- 2.1、线程安全的单例
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- 2.1.2、饿汉模式
- 2.1.2、懒汉模式
- 2.1.3、Double Check Lock (DCL)
- 2.1.4、静态内部类单例模式
- 2.1.5、枚举单例
- 2.2 线程不安全的单例
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- 2.2.1、懒汉模式
- 3. 总结
1、概念
确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
关键点：
- 私有化构造函数
- 通过一个静态方法或枚举返回单例类对象
- 确保单例类的对象有且只有一个，尤其是多线程环境下
- 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象
2、实现
2.1、线程安全的单例
2.1.2、饿汉模式
饿汉模式：不管有没有调用getInstance方法，只要类加载了，我就给你new出来(a)
public class A {
private static final A a = new A();
public static A getInstance() {
return a;
}
private A() {
}
}
以下两点保证了以上代码的线程安全：
- 调用一个类的静态方法的时候会触发类的加载（如果类没加载过）
- 类只会加载（被加载到虚拟机内存的过程，包括5个阶段）一次
- static变量在类初始化的时候（类加载过程的最后一个阶段）会去赋值静态变量
2.1.2、懒汉模式
懒汉模式：延迟加载，用到再去new
public class B {
private static volatile B b;
public static synchronized B getInstance() {
if (b == null) {
b = new B();
}
return b;
}
private B() {
}
}
要保证线程安全，最简单的方式是加同步锁。synchroized保证了多个线程串行的去调用getInstance(),既然是串行，那就不会存在什么线程安全问题了。但是这实现，每次读都要加锁，其实我们想要做的只是让他写（new）的时候加锁。
2.1.3、Double Check Lock (DCL)
public class B {
private static volatile B b;
public static synchronized B getInstance0() {
if (b == null) {
synchronized (B.class) {
b = new B();
}
}
return b;
}
public static B getInstance() {
if (b == null) {
synchronized (B.class) {
if (b == null) {
b = new B();
}
}
}
return b;
}
private B() {
}
}
为了解决懒汉模式的效率问题，我们改造成getInstance0()：
但还有个问题 X、Y 两个线程同时进入if (b == null), X先进同步代码块，new了一个B，返回。Y等到X释放锁之后，它也进了同步代码块，也会new一个B。
getInstance0()解决了效率问题，但它不是线程安全的。我们有进行了一次改造： getInstance()：
getInstance在同步块里面，又做了一次if (b == null)的判断，确保了Y线程不会再new B，保证了线程安全。
getInstance() 也正是所谓的双重检查锁定（double checked locking）。
这里还有一个关键点：private static volatile B b; b是用volatile修饰的。
这个主要是因为new 并不是原子的。
B b = new B();
可以简单的分解成一下步骤
- 分配对象内存
- 初始化对象
- 设置引用指向分配的内存地址
2，3 直接可能发生指令重排序，就是说对象还未初始化完成，就让b指向了一块内存地址，这时候b就不是null了。
2.1.4、静态内部类单例模式
public class C {
private C() {
}
public static C getInstance() {
return CHolder.c;
}
private static class CHolder {
private static final C c = new C();
}
}
静态内部类的线程安全也是由jvm保证的，在调用Cholder.c的时候，去加载CHolder类，new 了一个c。
总的来说，这个方式比DCL还是高点的，因为DCL加了volatile，效率上还是略微有些些影响。
上面介绍的3种线程安全的单例，在有种极端的情况，单例模式有可能被破坏：反序列化
- Java序列化就是指把Java对象转换为字节序列的过程
- Java反序列化就是指把字节序列恢复为Java对象的过程。
反序列化的时候，会重新构造一个对象，破坏单例模式。我们看下代码验证下：
public class C1 implements Serializable {
private C1() {
System.out.println("构造方法");
}
public static C1 getInstance() {
return CHolder.c;
}
private static class CHolder {
private static final C1 c = new C1();
}
// 注意这块被注释的代码
// private Object readResolve(){
// System.out.println("read resolve");
// return CHolder.c;
// }
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
C1 c = C1.getInstance();
System.out.println(c.toString());
try {
ObjectOutputStream o = new ObjectOutputStream(
new FileOutputStream("d:/tmp/c.out"));
o.writeObject(c);
o.close();
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
C1 c1 = null, c2 = null;
try {
ObjectInputStream in =new ObjectInputStream(
new FileInputStream("d:/tmp/c.out"));
c1 = (C1)in.readObject();
in.close();
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
ObjectInputStream in =new ObjectInputStream(
new FileInputStream("d:/tmp/c.out"));
c2 = (C1)in.readObject();
in.close();
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("c1.equals(c2) : " + c1.equals(c2));
System.out.println("c1 == c2 : " + (c1 == c2));
System.out.println(c1);
System.out.println(c2);
}
}
结果：
构造方法
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@1540e19d
c1.equals(c2) : false
c1 == c2 : false
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@135fbaa4
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@45ee12a7
放开注释的代码
构造方法
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@1540e19d
read resolve
read resolve
c1.equals(c2) : true
c1 == c2 : true
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@1540e19d
me.hhy.designpattern.singletonpattern.C1@1540e19d
正如我们看到的那样，加上readResolve就解决了反序列化单例被破坏的问题。
当然，如果没实现Serializable接口，也就不会有这个被破坏的问题… 还是看场景。
关于readResolve的介绍，感兴趣的同学们可以看java.io.ObjectInputStream#readUnshared方法上的注释（博主看了，看得不是很明白，一知半解，就不误人子弟了）
而我们下面要介绍的枚举单例，并不会有这个问题。
2.1.5、枚举单例
public enum DEnum {
INSTANCE;
private D d;
DEnum() {
d = new D();
}
public D getInstance() {
return d;
}
}
public class D {
}
线程安全的保证：
- 枚举只能拥有私有的构造器
- 枚举类实际上是一个继承Enum的一个final类
- 上面的INSTANCE实际是被static final 修饰的
序列化不破坏单例的保证：
在序列化的时候Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时，编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的，因此禁用了writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法。
2.2 线程不安全的单例
2.2.1、懒汉模式
不过多介绍了，这个其实在线程安全的单例部分，我们介绍的比较详细了。
public class B {
private static volatile B b;
public static B getInstance() {
if (b == null) {
b = new B();
}
return b;
}
private B() {
}
}
3. 总结
单例的应用实在是太多了，也没必要再去找源码种的经典使用（因为基本上大家用过）。
枚举单例构造方法还是public，并不是防止外部直接去new它。个人认为如果一个类要开放给外部使用，用内部类的形式实现单例是最合适的。