【设计模式学习1】什么是单例模式？单例模式的几种实现。

一、什么是单例模式

单例模式是在内存中只创建一个对象的模式，它保证一个类只有一个实例。

二、单例模式的几种实现

（一）懒汉式单例模式

/**
 * 懒汉式单例模式
 * （懒加载，需要的时候在去加载）
 * 优点：需要SingleObject时，才会去实例化，节省空间
 * 缺点：在多线程环境下，getSingleObject() 方法并不是线程安全的
 */

public class SingleObject {
    //私有化对象(未实例化)
    private static SingleObject object;

    //私有化构造方法
    private SingleObject() {};

    //获取私有化对象
    public static SingleObject getSingleObject() {
        //bean为null才去实例化，否则直接返回。
        if (object == null) {
            object = new SingleObject();
        }
        return object;
    }
}

（二）饿汉式单例模式

/**
 * 饿汉式单例模式
 * （线程安全，但会造成资源浪费）
 * 优点：在类加载时候创建实例，不存在线程安全问题
 * 缺点：占用系统资源，如果这个实例没有被用到，则会造成资源浪费
 */
public class Single {
    //私有化对象（已实例化）
    private static Single object = new Single();

    //私有化构造方法
    private Single() {};

    //获取私有化对象
    public static Single getSingle() {
        return object;
    }

}

（三）双重校验加锁式单例模式（线程安全）

public class SingleObject{
    //volatile关键字防止指令重排序造成的空指针异常（通过插入特定的内存屏障的方式来禁止指令重排序）
    private static volatile SingleObject object;

    //私有构造方法
    private SingleObject() {}

    public static SingleObject getSingleObject() {
        //第一次检查防止每次获取bean都加锁
        if (object == null) {
            //加锁，防止第一次创建实例化时，并发线程多次创建对象
            synchronized (SingleObject.class) {
                //第二次检查判断对象没有实例化，则进行对象的实例化
                if (object == null) {
                    object = new SingleObject();
                }
            }
        }
        return object;
    }
}

三、问题分析

（一）懒汉模式为什么会有线程安全问题？

如上图所示，多线程情况下，在时刻T，线程A和线程B都判断single为null，从而进入if代码块中都执行了new Single()的操作创建了两个对象，就和我们当初的单例初衷相悖而行。

（二）为什么要进行两次判空，他们的作用分别是什么？加锁的作用是什么？

1、第一次判空目的：为了缩小锁的粒度，避免每次获取实例都需要进行加锁。
2、加锁目的：在首次获取对象实例时，防止并发线程多次创建对象。
3、第二次判空目的：如果对象没有进行实例化，则进行对象实例化操作

（三）volatile关键字修饰对象的作用是什么？

volatile关键字防止指令重排序造成的空指针异常（通过插入特定的内存屏障的方式来禁止指令重排序）

指令重排序是指：JVM在保证最终结果正确的情况下，可以不按照程序编码的顺序执行语句，尽可能提高程序的性能。

创建一个对象，在JVM中会经过三步：

• （1）为object对象分配内存空间
• （2）初始化object对象
• （3）将object指向分配好的内存空间

由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getSingleObject() 后发现 object不为空，因此返回 object，但此时 object还未被初始化，就会出现空指针异常。