单例模式知识点

单例模式：简单来说就是一个类只能构建一个对象的设计模式。

单例模式懒汉模式的代码实现：

public class Singleton{
    //私有构造方法
    private Singleton(){}

    //单例对象
    private static Singleton instance = null;

    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

饿汉模式存在线程不安全的问题，如果Singleton类刚被初始化，instance对象此时为空，这时两个线程同时访问getInstance方法，就可能同时创建两个对象。对代码进行修改如下：

public class Singleton{
    //私有构造方法
    private Singleton(){}

    //单例对象
    private static Singleton instance = null;

    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance(){
        //双重检测机制
        if(instance == null){
            //同步锁
            synchronized(Singleton.class){
                //双重检测机制
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重校验锁机制的单例模式虽然增加了一定的安全性，但是它没有考虑到JVM编译器的指令重排机制，可能还会造成一定的问题。

JVM的指令重排：

拿一个简单的例子说，比如语句instance = new Singleton()，会被编译器编译成如下JVM指令。

memory?= allocate(); ????//1: 分配对象的内存空间？

ctorInstance(memory);??//2：初始化对象？

instance?= memory;?????//3：设置instance指向刚分配的内存地址

但是这些指令顺序并非一成不变，有可能会经过JVM和CPU的优化，指令重排成下面的顺序。

memory?= allocate(); ????//1: 分配对象的内存空间？ 

instance?= memory;?????//3：设置instance指向刚分配的内存地址

ctorInstance(memory);??//2：初始化对象？

在高并发情况下，假如线程A执行instance = new Singleton()；完成指令1和3后，准备进行指令2，此时instance对象未完成初始化，但instance已经不再指向null。此时线程B抢占到CPU资源，执行 if(instance == null)时，返回的结果是false，从而返回了一个没有初始化完成的instance对象。

解决上述问题需要利用关键字volatile来修饰instance对象，如下优化：

public class Singleton{
    //私有构造方法
    private Singleton(){}

    //单例对象
    private volatile static Singleton instance;

    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance(){
        //双重检测机制
        if(instance == null){
            //同步锁
            synchronized(Singleton.class){
                //双重检测机制
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

volatile 修饰符在此处的作用就是阻止变量访问前后的指令重排，从而保证了指令的执行顺序。

即指令的执行顺序是严格按照上文的 1、2、3 步骤来执行，从而保证对象不会出现中间态。