工作中单例模式用法及其使用场景？
前言
最近工作中有这么一个需求，我们系统出单后，需要同步数据到合作方，合作方对数据接收并解析反馈结果文件给我们，根据结果文件状态判断合作方系统是否解析成功，对于失败的单子，需要邮件通知相关负责人。所以这里我们需要用到邮件发送工具，在使用时如果每次都new 邮件工具那么就比较耗费堆内存空间，所以这里我们使用单例模式，在整个系统运行使用过程中，只需要new 一次即可。
单例模式有几种用法，需要根据具体的业务场景来制定，如：饿汉模式、懒汉模式、线程安全版的懒汉模式，下面来看下具体的使用方法。
正文
饿汉单例模式
代码示例
public class MyEmail {
private static final EmailService expose=new EmailService();
public static EmailService getInstance(){
return expose;
}
}
使用场景
什么时候使用它呢？我个人理解，如果服务器内存空间够大，可以使用这种方式，因为服务在启动过程中会有大量的类被实例化，如果系统中很多采用这种饿汉写法，如果堆栈空间不够的话，可能会导致内存溢出。
优缺点
优点
饿汉版的单例模式可以保证线程安全，因为类加载到内存后就会进行实例化，JVM可以保证其线程安全，这个版本比较简单实用。
缺点
饿汉版版单例模式唯一的缺点就是不管系统是否有使用到，都会进行实例化。
懒汉单例模式
代码示例
public class MyEmail {
private static EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
expose=new EmailService();
}
return expose;
}
}
使用场景
我个人理解系统启动实例化时，需要大量的堆栈空间，而非急切用到的类实例，我们可以将其放到使用时在进行实例化，这样可以提高系统的稳定性；
优缺点
优点
延迟加载可以提高项目启动时速度及稳定性
缺点
虽然达到了按需初始化的目的，但却带来线程不安全的问题，下面看下这个测试用例：
public class MyEmail {
private static EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
try {
//提高CPU让出当前线程执行其它线程的概率
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
expose=new EmailService();
}
return expose;
}
public static void main(String[] args) {
for(int i=0; i<100; i++) {
new Thread(()->
System.out.println(MyEmail.getInstance().hashCode())
).start();
}
}
}
由上面的测试用例，可以看到多线程的情况下存在实例被实例化多次的情况。
懒汉单例模式（线程安全版）
代码示例1
public class MyEmail2 {
private static EmailService expose=null;
public static synchronized EmailService getInstance(){
if (expose==null){
expose=new EmailService();
}
return expose;
}
}
直接在方法上加synchronized，这种方式比较简单粗暴。但是效率比较低，因为锁的是整个方法，如果该方法体里面的代码比较多或者说执行时间比较长，那其它线程只能这样干等着，这会导致CPU的效率低下。
代码示例2
代码示例1中直接加锁的方式效率低下，那么我们可以采用细化锁来提高效率。
步骤1：
public class MyEmail3 {
private static EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
synchronized (MyEmail3.class){
expose=new EmailService();
}
}
return expose;
}
}
大家觉得这种写法是否可以实现线程安全呢？口说无凭，我们写个测试用例来校验一下；
public class MyEmail3 {
private static EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
try {
//提高CPU让出当前线程执行其它线程的概率
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (MyEmail3.class){
expose=new EmailService();
}
}
return expose;
}
public static void main(String[] args) {
for(int i=0; i<100; i++) {
new Thread(()->
System.out.println(MyEmail3.getInstance().hashCode())
).start();
}
}
}
这种方式显然是有问题的，在if (expose==null)判断的时候：
- 线程1符合条件进入了，但是还没有执行synchronized代码，未抢占锁
- 线程2获得了CPU的使用权，此时expose还是为null，所以也进入了该逻辑
- 线程2进行synchronized代码块实例化了实例，并释放了锁
- 线程1获得锁，进入synchronized代码块进行实例化
基于以上几点，这种方式会存在多次创建实例的情况
步骤2：
基于步骤1的缺点，我们在synchronized中再加上一层If判断。
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
synchronized (MyEmail3.class){
if (expose==null){
expose=new EmailService();
}
}
}
return expose;
}
我们来运行测试用例：
public class MyEmail3 {
private static EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (MyEmail3.class){
if (expose==null){
expose=new EmailService();
}
}
}
return expose;
}
public static void main(String[] args) {
for(int i=0; i<100; i++) {
new Thread(()->
System.out.println(MyEmail3.getInstance().hashCode())
).start();
}
}
}
我们可以看到结果符合我们的预期，但是大家不要高兴得太早，在极端情况下这种也会存在问题。
我们需要了解下创建实例的过程（个人理解，要求严谨可自查资料）:
- 当new之后，会在堆内存中开启一块内存空间，此时内存空间为Null
- 调用构造器后，会往开启的内存空间填充数据
- 将内存空间地址引用赋值给栈中的变量，也就是变量名称
由于此步骤中步骤2和步骤3是没有关联性的，所以在CPU执行指令的时候可能先执行3再执行2，如果是这种情况的话，那么由于栈有了引用了，但是还未填充数据，导致此时该实例的属性值为默认值（int为0，引用类型为null），那么其它线程拿到该单例的时候，对属性进行读取或者修改就会出现问题。
步骤3：
public class MyEmail3 {
private static volatile EmailService expose=null;
public static EmailService getInstance(){
if (expose==null){
synchronized (MyEmail3.class){
if (expose==null){
expose=new EmailService();
}
}
}
return expose;
}
}
使用volatile关键字修改，可以避免指令重排的情况；
总结
工作中具体使用哪种单例模式，需要根据业务场景综合考虑，没有最好只有适合。