一:懒汉,线程不安全

这种写法lazy loading很明显,但是致命的是在多线程不能正常工作。


public class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){};

    public static Singleton getInstance(){

        if (instance == null) {

            instance = new Singleton();

        }

        return instance;

    }

}


二:懒汉,线程安全

这种写法能够在多线程中很好的工作,而且看起来它也具备很好的lazy loading,但是,遗憾的是,效率很低,99%情况下不需要同步。


public class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){};

    public static synchronized Singleton getInstance(){

        if (instance == null) {

            instance = new Singleton();

        }

        return instance;

    }

}


三:饿汉

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。


public class Singleton{

    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton(){};

    public static Singleton getInstance(){

        return instance;

    }

}


四:饿汉,变种

表面上看起来差别挺大,其实更第三种方式差不多,都是在类初始化即实例化instance。


public class Singleton{

    private static Singleton instance = null;

    private Singleton(){};

    static {

        instance = new Singleton();

    }

    public static Singleton getInstance(){

        return instance;

    }

}


五:静态内部类

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程,它跟第三种和第四种方式不同的是(很细微的差别):第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了,那么instance就会被实例化(没有达到lazy loading效果),而这种方式是Singleton类被装载了,instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用,只有显示通过调用getInstance方法时,才会显示装载SingletonHolder类,从而实例化instance。想象一下,如果实例化instance很消耗资源,我想让他延迟加载,另外一方面,我不希望在Singleton类加载时就实例化,因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。


public class Singleton{

    private static class SingletonHolder{

        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    }

    private Singleton(){};

    public static Singleton getInstance(){

        return SingletonHolder.INSTANCE;

    }

}


似乎静态内部类看起来已经是最完美的方法了,其实不是,可能还存在反射攻击或者反序列化攻击。且看如下代码:


public static void main(String[] args) throws Exception {

    Singleton singleton = Singleton.getInstance();

    Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();

    constructor.setAccessible(true);

    Singleton newSingleton = constructor.newInstance();

    System.out.println(singleton == newSingleton);

}


六:枚举

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,最佳的单例实现模式就是枚举模式。利用枚举的特性,让JVM来帮我们保证线程安全和单一实例的问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。除此之外,写法还特别简单。


public enum Singleton {

    INSTANCE;

    public void get() {

        System.out.println("");

    }

}


通过反编译我们看到,枚举是在 static 块中进行的对象的创建。


public final class com.loadclass.test.Singleton extends java.lang.Enum<com.loadclass.test.Singleton> {

  public static final com.loadclass.test.Singleton INSTANCE;


  public static com.loadclass.test.Singleton[] values();

    Code:

       0: getstatic     #1                  // Field $VALUES:[Lcom/loadclass/test/Singleton;

       3: invokevirtual #2                  // Method "[Lcom/loadclass/test/Singleton;".clone:()Ljava/lang/Object;

       6: checkcast     #3                  // class "[Lcom/loadclass/test/Singleton;"

       9: areturn


  public static com.loadclass.test.Singleton valueOf(java.lang.String);

    Code:

       0: ldc           #4                  // class com/loadclass/test/Singleton

       2: aload_0

       3: invokestatic  #5                  // Method java/lang/Enum.valueOf:(Ljava/lang/Class;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Enum;

       6: checkcast     #4                  // class com/loadclass/test/Singleton

       9: areturn


  public void get();

    Code:

       0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

       3: ldc           #8                  // String

       5: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

       8: return


  static {};

    Code:

       0: new           #4                  // class com/loadclass/test/Singleton

       3: dup

       4: ldc           #10                 // String INSTANCE

       6: iconst_0

       7: invokespecial #11                 // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V

      10: putstatic     #12                 // Field INSTANCE:Lcom/loadclass/test/Singleton;

      13: iconst_1

      14: anewarray     #4                  // class com/loadclass/test/Singleton

      17: dup

      18: iconst_0

      19: getstatic     #12                 // Field INSTANCE:Lcom/loadclass/test/Singleton;

      22: aastore

      23: putstatic     #1                  // Field $VALUES:[Lcom/loadclass/test/Singleton;

      26: return

}


七:双重校验锁( DCL:double-checked locking)

public class Singleton {

    // jdk1.6及之后,只要定义为private volatile static SingleTon instance 就可解决DCL失效问题。

    // volatile确保instance每次均在主内存中读取,这样虽然会牺牲一点效率,但也无伤大雅。

    // volatile可以保证即使java虚拟机对代码执行了指令重排序,也会保证它的正确性。

    private volatile static Singleton singleton;

    private Singleton(){};

    public static Singleton getSingleton() {

        if (singleton == null) {

            synchronized (Singleton.class) {

                if (singleton == null) {

                    singleton = new Singleton();

                }

            }

        }

        return singleton;

    }

}


DCL及解决办法&说明:

针对延迟加载法的同步实现所产生的性能低的问题,可以采用DCL,即双重检查加锁(Double Check Lock)的方法来避免每次调用getInstance()方法时都同步。


Double-Checked Locking看起来是非常完美的。但是很遗憾,根据Java的语言规范,上面的代码是不可靠的。

出现上述问题, 最重要的2个原因如下:


编译器优化了程序指令, 以加快cpu处理速度.

多核cpu动态调整指令顺序, 以加快并行运算能力.

问题出现的顺序:


线程A, 发现对象未实例化, 准备开始实例化

由于编译器优化了程序指令, 允许对象在构造函数未调用完前, 将共享变量的引用指向部分构造的对象, 虽然对象未完全实例化, 但已经不为null了.

线程B, 发现部分构造的对象已不是null, 则直接返回了该对象.

解决办法:

可以将instance声明为volatile,即 private volatile static Singleton instance

在线程B读一个volatile变量后,线程A在写这个volatile变量之前,所有可见的共享变量的值都将立即变得对线程B可见。


总结:

如果单例由不同的类装载器装入,那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取,例如一些servlet容器对每个servlet使用完全不同的类 装载器,这样的话如果有两个servlet访问一个单例类,它们就都会有各自的实例。

private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException {

    ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

    if (classLoader == null) {

        classLoader = Singleton.class.getClassLoader();

    }

    return (classLoader.loadClass(classname));

}


如果Singleton实现了java.io.Serializable接口,那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样,如果你序列化一个单例类的对象,接下来复原多个那个对象,那你就会有多个单例类的实例。

public class Singleton implements Serializable {

    public static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){}

    //ObjectInputStream.readObject调用

    private Object readResolve() {

        return INSTANCE;

    }

}