如何构建一个正确的单例 [ H E R O ]

单例模式是设计模式里面最常见的，也是在面试过程中面试官最容易考到的，通过单例模式还可以引申到其他的一些并发问题。今天我们来聊聊如何正确的构建一个单例。

dragonboat_ZH-CN0697680986_1920x1080

首先我们来写一个最简单的单例，该单例只能使用在单线程的情况下。

public class UnsafeLazyInitialization {
  private static Resource resource;
  
  public static Resource getInstance() {
    if (resource == null) {
      resource = new Resource(); // 多线程情况下是不安全的发布
    }
    return resource;
  }
}

我们来分析一下这个单例如果放到多线程模式下会有什么问题，如果线程 A 和 B 同时到达 if (resource == null) 的时候（或者是由于可见性的原因，线程 B 没有看到线程 A 已经对引用赋值了），此时判断逻辑都为 true 于是就会创建 Resource 对象，两个线程创建了两个对象（如果有多个线程，可能会创建更多的对象），不符合单例的要求。相对这个问题而言，这里还隐藏了更危险的问题，由于指令的重排序的原因，可能导致一些线程能够获取这个单例，但是单例对象还在初始化，内部处于一个不确定的状态。

饿汉单例（静态类模式）

下面我们改进一下这个单例，让其变为一个线程安全的单例。

public class EagerInitialization { // 饿汉模式
  private static Resource resource = new Resource(); // 通过类加载过程，提前加载单例，避免线程竞争
  public static Resource getResource() { 
    return resource;
  }
}

上面的代码如何做到的线程安全，是由于利用了静态初始化器。

静态初始化器是由 JVM 再类的初始化阶段执行，即在类被加载后并且被线程使用之前。由于 JVM 将在初始化期间获得一个锁，并且每个线程都至少获取一次这个锁以确保这个累已经加载，因此在静态初始化期间，内存写入操作将自动对所有线程可见。

懒汉单例（静态类模式）

上面的模式展示了如何使用 Java 本身类加载的机制来保证单例的，使用同样的方式也可以构建一种懒汉模式的单例。

public class ResourceFactory {
  private static class ResourceHolder {
    public static Resource resource = new Resource();
  }
  public static Resource getResource() {
    return ResourceHolder.resource;
  }
}

双重检测锁 Double Checked Locking

在江湖上还传说着一种既高效又线程安全的单例写法：

// 不要这么做
public class DoubleCheckedLocking {
  private static Resource resource;
  
  public static getInstance() {
    if (resource == null) {
      synchronized(DoubleCheckedLocking.class) {
        if (resource == null) {
          resource = new Resource();
        }
      }
    }
    return resource;
  }
}

上面的 DCL 真正的问题在于在没有同步的情况下读取一个共享对象。可见性问题会造成有些线程可能看到失效的值，这个值可能是一个 null ，更加糟糕的情况下，这个值可能是一个不确定的值，因为该对象还没有初始化完成就发布了。

上面的例子可以改写成以下代码，通过使用 volatile 来保证共享对象的可见性

public class DoubleCheckedLocking {
  private static volatile Resource resource;
  .....
}

然而，DCL 的这种使用方法已经被广泛地废弃了——促使该模式出现的驱动力（无竞争同步的执行速度很慢，以及 JVM 启动很慢）已经不复存在了，因此它不是一种高效的优化措施。延迟初始化能带来同样的优势，并且更容易理解。

枚举类模式实现枚举

public interface MySingleton {
  void doSomething();
}

public enum Singleton implements MySingleton {
  INSTANCE {
    @Override
    public void doSomething() {
      System.out.println("complete singleton");
    }
  };
  
  public static MySingleton getInstance() {
    return Singleton.INSTANCE;
  }
}

effective java 推荐使用枚举来做单例

使用枚举实现单例的方法虽然还没有广泛采用，但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。

使用枚举来做单例的优势是：写法简单，单例线程安全由 JMM 提供、反序列化得到的对象也能保证是同一个。

单例线程安全：如果反编译单例的代码之后，会发现是一些 static 的属性和代码块。

反序列化的保障：

Java的序列化机制针对枚举类型是特殊处理的。简单来讲，在序列化枚举类型时，只会存储枚举类的引用和枚举常量的名称。随后的反序列化的过程中，这些信息被用来在运行时环境中查找存在的枚举类型对象。

总结

推荐使用枚举去实现单例模式！

饿汉单例（静态类模式）

懒汉单例 （静态类模式）

双重检测锁 Double Checked Locking

枚举类模式实现枚举

总结

懒汉单例（静态类模式）