多线程---单例模式

什么是单例模式？

单例模式：是一种常见的设计模式。即：一些大佬针对一些常见的需求场景，整理出来的一些解决方案。我们只需要套用模式就可以解决问题，极大的便利了我们的开发。

具体来说，单例模式就要求某个类只能有一个实例。

那在Java中怎么实现呢？
我们就会想到“static”这个关键字，static修饰的成员/属性就会变成类成员/属性。当属性变成类属性的时候其实就已经是“单例”的了。因为，JVM在加载类的时候只加载一次，这个类是“单例”的，那么它包含的属性更是“单例”的。

借助static实现“单例模式”有两种模式：饿汉模式和懒汉模式

饿汉模式

//饿汉模式   在类加载阶段就创建了实例   实例创建的时机非常早  非常急迫
class Singleton{
    // static 修饰的变量是类对象的成员变量   JVM加载时只加载一次
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getSingleton() {
        return instance;
    }

    // 设置私有的构造方法  防止有人不通过getSingleton方法来获取到我们规定的单个示例   而是在别的类中new Singleton来创建实例
    private Singleton(){

    }
}

注：

1. Singleton类的构造方法应该设置为私有的，防止别人不使用我们已经创建好的实例再创建新的实例。
2. instance应该被private static修饰，构造方法被设置为私有的后，只有通过一个公共的static方法才能获取到实例
3. 在类加载的时候就创建了实例，创建实例的时机非常紧迫，所以叫“饿汉模式”

懒汉模式

版本一：最简单的懒汉模式

//懒汉模式：在需要使用到实例的时候再创建实例，创建实例的时机不紧迫
class SingletonLazy{
    private static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonLazy();

        }
        return instance;
    }

    private SingletonLazy(){

    }
}

注：

1. 在首次调用到getInstance的时候才会创建实例，后续再调用到getInstance的时候直接返回已经创建好的实例。
2. 饿汉模式的效率更高。原因一：如果后续没人需要使用到实例，则创建实例的过程就被节省下来了；原因二：在类加载的过程中，JVM需要做的工作非常多。把创建实例的过程延后，可以给JVM减轻点负担。

版本二：考虑懒汉模式存在的线程安全问题

在饿汉模式中，调用到getInstance方法只涉及到读操作，不会有线程安全问题。
在懒汉模式中，调用到getInstance方法会进行判断后再创建实例，既涉及到读又涉及到修改。在多线程环境下就有可能创建多个实例，违背了单例模式

// 线程安全的懒汉模式
class SingletonLazy{
    private static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance(){
        //加锁 保证线程安全 只能创建单个实例
        synchronized (SingletonLazy.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new SingletonLazy();

            }
        }
        return instance;
    }

    private SingletonLazy(){

    }
}

版本三：更完善的解决线程安全问题

像上面那样直接加锁，我们虽然可以保证线程是安全的。但是有一个新的问题：懒汉模式只有在第一次创建实例的时候才有线程安全问题，后续使用实例的时候直接返回实例就行，不需要加锁判断。但是像上面那样，在线程安全时也会加锁，降低了代码执行效率。

// 懒汉模式更加完善的解决线程安全问题
class SingletonLazy{
    private static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance(){
        //判断是否需要加锁
        if (instance == null) {

            synchronized (SingletonLazy.class) {
                // 判断是否已经创建实例

                //这个if不可少  当线程1 2 同时调用getInstance方法时  线程1执行完会创建实例
                // 如果没有if  线程2来了不知道是否已经有实例了 还会继续创建实例
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy();

                }
            }
        }
        return instance;
    }

    private SingletonLazy(){

    }
}

注：两个if都必不可少，各自有各自的作用：第一个if：在已经创建实例后，判断释放需要继续加锁；第二个if：在没有创建实例时，防止创建多个实例。

版本四：解决指令重排序问题

一个新的问题：
new操作分为三步（粗略）： 1.申请内存 2. 初始化实例 3. 将内存首地址赋值给instance
编译器可能进行指令重排序的优化 ,比如：
线程1 将1-2-3 的执行顺序 改为 1-3-2 并且在执行完1-3后 线程2调用getInstance 。线程2看到instance里已经有了地址就会直接返回 ， 但是未初始化。在后续调用实例的属性/方法时会有问题！

class SingletonLazy{
    //加上volatile 禁止指令重排序
    private volatile static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance(){

        if (instance == null) {

            synchronized (SingletonLazy.class) {

                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy();

                }
            }
        }
        return instance;
    }

    private SingletonLazy(){

    }
}