单例模式介绍

何为单例模式

单例模式是针对一个类的设计方式而言，若该类使用了单例模式，那么再整个程序中这个类只会有一个对象，当创建第二个对象时就会直接报错。

即使只能创建一个对象，也会存在例外，即可以通过反射创建第二个实例，但这种情况也基本上不会见到。

如何保证只有一个对象

将该类的构造方法设置为private，之后只能在这个类中创建对象，若要在类外创建对象就会直接报错。

实现单例模式的两种方式以及保证线程安全

1.饿汉式

顾名思义，在这个类一开始，就创建出这个类的对象，代码如下：

class Singleton {

    //实例
    private static Singleton instance = new Singleton();

    //私有的构造方法
    private Singleton() {

    }

    //获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

当在类外创建对象时，就会直接报错：

当我们在类外获取多个实例时，这些实例均为同一个实例：

public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        
        //判断两个实例是否相同
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        
    }
}

在饿汉模式中，由于不涉及写操作，线程就是安全的。

2.懒汉式

顾名思义，在最后才创建出类的实例，甚至不创建实例，下面介绍最后创建实例的情况，代码如下：

class Singleton {

    //先不初始化
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        if (instance == null) {//若实例未初始化就先初始化
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

可是，上面的代码存在线程安全问题：

1）当线程1判断instance是否为null时，线程2也会判断instance是否为null，由于线程1还未将instance初始化，那么线程1和线程2都会对instance初始化，这样就会造成较大的资源开销，于是我们可以将if语句加锁，代码如下：

class Singleton {

    //先不初始化
    private static Singleton instance = null;
    
    //创建锁对象
    private static Object locker = new Object();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        synchronized (locker) {//加锁
            if (instance == null) {//若实例未初始化就先初始化
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

2）虽然这时instance的读写操作解决了线程安全的问题，但是由于一进入getInstance方法就会获取锁，导致其他的线程就会阻塞，即使instance已经初始化完成，还是会阻塞，这样就会降低代码执行效率；

我们可以在加锁之前先判断instance是否为null，只有当instance为null时才获取锁，改进代码如下：

class Singleton {

    //先不初始化
    private static Singleton instance = null;

    //创建锁对象
    private static Object locker = new Object();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        if (instance == null) {
            synchronized (locker) {
                if (instance == null) {//若实例未初始化就先初始化
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3）由于instance = new Singleton（）操作在CPU上对应多条指令，即操作不是原子的，这样就会引发指令重排序的线程安全问题，可以使用volatile关键字修饰instance以解决指令重排序问题，最终代码如下：

class Singleton {

    //先不初始化
    private static volatile Singleton instance = null;

    //创建锁对象
    private static Object locker = new Object();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {

        if (instance == null) {
            synchronized (locker) {
                if (instance == null) {//若实例未初始化就先初始化
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}