单例模式的这些细节你都知道么？

 本文转载自微信公众号「丙丙」，作者丙丙 。转载本文请联系丙丙公众号。

从去年开始，Java程序员们换工作面试越来越难，不懂多线程，JVM，mysql，以及一些分布式的组件都不好意思出去面试。

也经常听到身边的同学说身边谁面试题目很简单，自己也会，但是真到自己的时候你能就一个知识点讲的很透彻，并且能够发散思考引出更多的答案吗?

这道手写一个单例模式的笔试题，应该很多程序员老铁都碰到过，刚看到题目的时候可能很惊喜，觉得自己运气真好，但是你真的能够100%做好这道题吗?

请手写一个单例，要求线程安全。

首先给单例下一个定义：在当前进程中，通过单例模式创建的类有且只有一个实例。

单例有如下几个特点：

• 在Java应用中，单例模式能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在
• 构造器必须是私有的，外部类无法通过调用构造器方法创建该实例
• 没有公开的set方法，外部类无法调用set方法创建该实例
• 提供一个公开的get方法获取唯一的这个实例

那单例模式有什么好处呢?

某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销

省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力

系统中某些类，如spring里的controller，控制着处理流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了

好了，单例模式的定义也清楚了，好处也了解了，先看一个饿汉式的写法

public class Singleton { 
    private static Singleton instance = new Singleton(); 
     
    private Singleton(){} 
     
    public static Singleton getInstance(){ 
        return instance; 
    } 
} 

如果面试时提供的是这个答案，那丙丙建议你先回家埋头苦读两个月再出来找工作了，你肯定说这个也太low了，一看就是线程不安全的，方法应该通过synchronized给锁起来，同时创建前先校验一下，改造后写法如下：

public class Singleton { 
    private static Singleton instance = null; 
     
    private Singleton(){} 
     
    public static synchronized Singleton getInstance(){ 
        if(instance == null){ 
            instance = new Singleton(); 
        } 
        return instance; 
    } 
} 

这是一种典型的时间换空间的写法，不管三七二十一，每次创建实例时先锁起来，再进行判断，严重降低了系统的处理速度。

有没有更好的处理方式呢?

有，通过双检锁做两次判断，代码如下：

public class Singleton { 
    private static Singleton instance = null; 
    private Singleton(){} 
    public static Singleton getInstance(){ 
        //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块 
        if(instance == null){ 
            //同步块，线程安全的创建实例 
            synchronized (Singleton.class) { 
                //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例 
                if(instance == null){ 
                    instance = new Singleton(); 
                } 
            } 
        } 
        return instance; 
    } 
} 

将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。

但是，这样就没有问题了吗?

看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。

但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。

这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：

• A、B线程同时进入了第一个if判断
• A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
• 由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员(注意此时JVM没有开始初始化这个实例)，然后A离开了synchronized块。

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• B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
• 此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

加上volatile修饰Singleton，再做一次优化：

public class Singleton { 
    private volatile static Singleton instance = null; 
    private Singleton(){} 
    public static Singleton getInstance(){ 
        //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块 
        if(instance == null){ 
            //同步块，线程安全的创建实例 
            synchronized (Singleton.class) { 
                //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例 
                if(instance == null){ 
                    instance = new Singleton(); 
                } 
            } 
        } 
        return instance; 
    } 
} 

**通过volatile修饰的变量，不会被线程本地缓存，所有线程对该对象的读写都会第一时间同步到主内存，从而保证多个线程间该对象的准确性 **

volatile的作用

防止指令重排序，因为instance = new Singleton()不是原子操作

保证内存可见

这个是比较完美的写法了，这种方式能够安全的创建唯一的一个实例，又不会对性能有太大的影响。

但是由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高，还有更优的写法吗?

通过静态内部类

public class Singleton {   
   
       
    private Singleton() {   
    }   
   
       
    private static class SingletonFactory {   
        private static Singleton instance = new Singleton();   
    }   
   
       
    public static Singleton getInstance() {   
        return SingletonFactory.instance;   
    }   
   
       
    public Object readResolve() {   
        return getInstance();   
    }   
}   

使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。

这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕， 这样我们就不用担心上面的问题。

同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式。

还有更完美的写法吗,通过枚举：

public enum Singleton { 
     
    Instance; 
} 

使用枚举来实现单实例控制会更加简洁，而且JVM从根本上提供保障，绝对防止多次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。