摘要：?jiǎn)卫Ｊ降膽袧h實(shí)現(xiàn)線程安全通過(guò)設(shè)置同步方法，效率太低，整個(gè)方法被加鎖模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作使用上面的測(cè)試類，測(cè)試結(jié)果可以看到，這種方式達(dá)到了線程安全?？梢哉f(shuō)這種方式是實(shí)現(xiàn)單例模式的最優(yōu)解。

單例模式指的是在應(yīng)用整個(gè)生命周期內(nèi)只能存在一個(gè)實(shí)例。單例模式是一種被廣泛使用的設(shè)計(jì)模式。他有很多好處，能夠避免實(shí)例對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，減少創(chuàng)建實(shí)例的系統(tǒng)開銷，節(jié)省內(nèi)存。

首先理解一下什么是靜態(tài)類，靜態(tài)類就是一個(gè)類里面都是靜態(tài)方法和靜態(tài)field，構(gòu)造器被private修飾，因此不能被實(shí)例化。Math類就是一個(gè)靜態(tài)類。

知道了什么是靜態(tài)類后，來(lái)說(shuō)一下他們兩者之間的區(qū)別：

1）首先單例模式會(huì)提供給你一個(gè)全局唯一的對(duì)象，靜態(tài)類只是提供給你很多靜態(tài)方法，這些方法不用創(chuàng)建對(duì)象，通過(guò)類就可以直接調(diào)用；

2）如果是一個(gè)非常重的對(duì)象，單例模式可以懶加載，靜態(tài)類就無(wú)法做到；

那么時(shí)候時(shí)候應(yīng)該用靜態(tài)類，什么時(shí)候應(yīng)該用單例模式呢？首先如果你只是想使用一些工具方法，那么最好用靜態(tài)類，靜態(tài)類比單例類更快，因?yàn)殪o態(tài)的綁定是在編譯期進(jìn)行的。如果你要維護(hù)狀態(tài)信息，或者訪問資源時(shí)，應(yīng)該選用單例模式。還可以這樣說(shuō)，當(dāng)你需要面向?qū)ο蟮哪芰r(shí)（比如繼承、多態(tài)）時(shí)，選用單例類，當(dāng)你僅僅是提供一些方法時(shí)選用靜態(tài)類。

1. 餓漢模式

所謂餓漢模式就是立即加載，一般情況下再調(diào)用getInstancef方法之前就已經(jīng)產(chǎn)生了實(shí)例，也就是在類加載的時(shí)候已經(jīng)產(chǎn)生了。這種模式的缺點(diǎn)很明顯，就是占用資源，當(dāng)單例類很大的時(shí)候，其實(shí)我們是想使用的時(shí)候再產(chǎn)生實(shí)例。因此這種方式適合占用資源少，在初始化的時(shí)候就會(huì)被用到的類。

class SingletonHungary {
    private static SingletonHungary singletonHungary = new SingletonHungary();
    //將構(gòu)造器設(shè)置為private禁止通過(guò)new進(jìn)行實(shí)例化
    private SingletonHungary() {
        
    }
    public static SingletonHungary getInstance() {
        return singletonHungary;
    }
}

2. 懶漢模式

懶漢模式就是延遲加載，也叫懶加載。在程序需要用到的時(shí)候再創(chuàng)建實(shí)例，這樣保證了內(nèi)存不會(huì)被浪費(fèi)。針對(duì)懶漢模式，這里給出了5種實(shí)現(xiàn)方式，有些實(shí)現(xiàn)方式是線程不安全的，也就是說(shuō)在多線程并發(fā)的環(huán)境下可能出現(xiàn)資源同步問題。

首先第一種方式，在單線程下沒問題，在多線程下就出現(xiàn)問題了。

// 單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)1--線程不安全
class SingletonLazy1 {
    private static SingletonLazy1 singletonLazy;

    private SingletonLazy1() {

    }

    public static SingletonLazy1 getInstance() {
        if (null == singletonLazy) {
            try {
                // 模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            singletonLazy = new SingletonLazy1();
        }
        return singletonLazy;
    }
}

我們模擬10個(gè)異步線程測(cè)試一下：

public class SingletonLazyTest {

    public static void main(String[] args) {

        Thread2[] ThreadArr = new Thread2[10];
        for (int i = 0; i < ThreadArr.length; i++) {
            ThreadArr[i] = new Thread2();
            ThreadArr[i].start();
        }
    }

}

// 測(cè)試線程
class Thread2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(SingletonLazy1.getInstance().hashCode());
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

124191239
124191239
872096466
1603289047
1698032342
1913667618
371739364
124191239
1723650563
367137303

可以看到他們的hashCode不都是一樣的，說(shuō)明在多線程環(huán)境下，產(chǎn)生了多個(gè)對(duì)象，不符合單例模式的要求。

那么如何使線程安全呢？第二種方法，我們使用synchronized關(guān)鍵字對(duì)getInstance方法進(jìn)行同步。

// 單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)2--線程安全
// 通過(guò)設(shè)置同步方法，效率太低，整個(gè)方法被加鎖
class SingletonLazy2 {
    private static SingletonLazy2 singletonLazy;

    private SingletonLazy2() {

    }

    public static synchronized SingletonLazy2 getInstance() {
        try {
            if (null == singletonLazy) {
                // 模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作
                Thread.sleep(1000);
                singletonLazy = new SingletonLazy2();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return singletonLazy;
    }
}

使用上面的測(cè)試類，測(cè)試結(jié)果：

1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989
1210004989

可以看到，這種方式達(dá)到了線程安全。但是缺點(diǎn)就是效率太低，是同步運(yùn)行的，下個(gè)線程想要取得對(duì)象，就必須要等上一個(gè)線程釋放，才可以繼續(xù)執(zhí)行。

那我們可以不對(duì)方法加鎖，而是將里面的代碼加鎖，也可以實(shí)現(xiàn)線程安全。但這種方式和同步方法一樣，也是同步運(yùn)行的，效率也很低。

// 單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)3--線程安全
// 通過(guò)設(shè)置同步代碼塊，效率也太低，整個(gè)代碼塊被加鎖
class SingletonLazy3 {

    private static SingletonLazy3 singletonLazy;

    private SingletonLazy3() {

    }

    public static SingletonLazy3 getInstance() {
        try {
            synchronized (SingletonLazy3.class) {
                if (null == singletonLazy) {
                    // 模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作
                    Thread.sleep(1000);
                    singletonLazy = new SingletonLazy3();
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO: handle exception
        }
        return singletonLazy;
    }
}

我們來(lái)繼續(xù)優(yōu)化代碼，我們只給創(chuàng)建對(duì)象的代碼進(jìn)行加鎖，但是這樣能保證線程安全么？

// 單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)4--線程不安全
// 通過(guò)設(shè)置同步代碼塊，只同步創(chuàng)建實(shí)例的代碼
// 但是還是有線程安全問題
class SingletonLazy4 {

    private static SingletonLazy4 singletonLazy;

    private SingletonLazy4() {

    }

    public static SingletonLazy4 getInstance() {
        try {
            if (null == singletonLazy) {        //代碼1
                // 模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (SingletonLazy4.class) {
                    singletonLazy = new SingletonLazy4(); //代碼2
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO: handle exception
        }
        return singletonLazy;
    }
}

我們來(lái)看一下運(yùn)行結(jié)果：

1210004989
1425839054
1723650563
389001266
1356914048
389001266
1560241484
278778395
124191239
367137303

從結(jié)果看來(lái)，這種方式不能保證線程安全，為什么呢？我們假設(shè)有兩個(gè)線程A和B同時(shí)走到了‘代碼1’，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)象還是空的，所以都能進(jìn)到方法里面，線程A首先搶到鎖，創(chuàng)建了對(duì)象。釋放鎖后線程B拿到了鎖也會(huì)走到‘代碼2’，也創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，因此多線程環(huán)境下就不能保證單例了。

讓我們來(lái)繼續(xù)優(yōu)化一下，既然上述方式存在問題，那我們?cè)谕酱a塊里面再一次做一下null判斷不就行了，這種方式就是我們的DCL雙重檢查鎖機(jī)制。

//單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)5--線程安全
//通過(guò)設(shè)置同步代碼塊，使用DCL雙檢查鎖機(jī)制
//使用雙檢查鎖機(jī)制成功的解決了單例模式的懶漢實(shí)現(xiàn)的線程不安全問題和效率問題
//DCL 也是大多數(shù)多線程結(jié)合單例模式使用的解決方案
class SingletonLazy5 {

    private static SingletonLazy5 singletonLazy;

    private SingletonLazy5() {

    }

    public static SingletonLazy5 getInstance() {
        try {
            if (null == singletonLazy) {
                // 模擬在創(chuàng)建對(duì)象之前做一些準(zhǔn)備工作
                Thread.sleep(1000);
                synchronized (SingletonLazy5.class) {
                    if(null == singletonLazy) {
                        singletonLazy = new SingletonLazy5();
                    }
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO: handle exception
        }
        return singletonLazy;
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

124191239
124191239
124191239
124191239
124191239
124191239
124191239
124191239
124191239
124191239

我們可以看到DCL雙重檢查鎖機(jī)制很好的解決了懶加載單例模式的效率問題和線程安全問題。這也是我們最常用到的方式。

3. 靜態(tài)內(nèi)部類

我們也可以使用靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)單例模式，代碼如下：

//使用靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)單例模式--線程安全
class SingletonStaticInner {
    private SingletonStaticInner() {
        
    }
    private static class SingletonInner {
        private static SingletonStaticInner singletonStaticInner = new SingletonStaticInner();
    }
    public static SingletonStaticInner getInstance() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return SingletonInner.singletonStaticInner;
    }
}

可以看到使用這種方式我們沒有顯式的進(jìn)行任何同步操作，那他是如何保證線程安全呢？和餓漢模式一樣，是靠JVM保證類的靜態(tài)成員只能被加載一次的特點(diǎn)，這樣就從JVM層面保證了只會(huì)有一個(gè)實(shí)例對(duì)象。那么問題來(lái)了，這種方式和餓漢模式又有什么區(qū)別呢？不也是立即加載么？實(shí)則不然，加載一個(gè)類時(shí)，其內(nèi)部類不會(huì)同時(shí)被加載。一個(gè)類被加載，當(dāng)且僅當(dāng)其某個(gè)靜態(tài)成員（靜態(tài)域、構(gòu)造器、靜態(tài)方法等）被調(diào)用時(shí)發(fā)生。

可以說(shuō)這種方式是實(shí)現(xiàn)單例模式的最優(yōu)解。

4. 靜態(tài)代碼塊

這里提供了靜態(tài)代碼塊實(shí)現(xiàn)單例模式。這種方式和第一種類似，也是一種餓漢模式。

//使用靜態(tài)代碼塊實(shí)現(xiàn)單例模式
class SingletonStaticBlock {
    private static SingletonStaticBlock singletonStaticBlock;
    static {
        singletonStaticBlock = new SingletonStaticBlock();
    }
    public static SingletonStaticBlock getInstance() {
        return singletonStaticBlock;
    }
}

5. 序列化與反序列化

LZ為什么要提序列化和反序列化呢？因?yàn)閱卫Ｊ诫m然能保證線程安全，但在序列化和反序列化的情況下會(huì)出現(xiàn)生成多個(gè)對(duì)象的情況。運(yùn)行下面的測(cè)試類，

public class SingletonStaticInnerSerializeTest {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            SingletonStaticInnerSerialize serialize = SingletonStaticInnerSerialize.getInstance();
            System.out.println(serialize.hashCode());
            //序列化
            FileOutputStream fo = new FileOutputStream("tem");
            ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(fo);
            oo.writeObject(serialize);
            oo.close();
            fo.close();
            //反序列化
            FileInputStream fi = new FileInputStream("tem");
            ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(fi);
            SingletonStaticInnerSerialize serialize2 = (SingletonStaticInnerSerialize) oi.readObject();
            oi.close();
            fi.close();
            System.out.println(serialize2.hashCode());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

//使用匿名內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)單例模式，在遇見序列化和反序列化的場(chǎng)景，得到的不是同一個(gè)實(shí)例
//解決這個(gè)問題是在序列化的時(shí)候使用readResolve方法，即去掉注釋的部分
class SingletonStaticInnerSerialize implements Serializable {
    
    /**
     * 2018年03月28日
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    
    private static class InnerClass {
        private static SingletonStaticInnerSerialize singletonStaticInnerSerialize = new SingletonStaticInnerSerialize();
    }
    
    public static SingletonStaticInnerSerialize getInstance() {
        return InnerClass.singletonStaticInnerSerialize;
    }
    
//    protected Object readResolve() {
//        System.out.println("調(diào)用了readResolve方法");
//        return InnerClass.singletonStaticInnerSerialize;
//    }
}

可以看到：

865113938
1078694789

結(jié)果表明的確是兩個(gè)不同的對(duì)象實(shí)例，違背了單例模式，那么如何解決這個(gè)問題呢？解決辦法就是在反序列化中使用readResolve()方法，將上面的注釋代碼去掉，再次運(yùn)行：

865113938
調(diào)用了readResolve方法
865113938

問題來(lái)了，readResolve()方法到底是何方神圣，其實(shí)當(dāng)JVM從內(nèi)存中反序列化地"組裝"一個(gè)新對(duì)象時(shí)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用這個(gè) readResolve方法來(lái)返回我們指定好的對(duì)象了, 單例規(guī)則也就得到了保證。readResolve()的出現(xiàn)允許程序員自行控制通過(guò)反序列化得到的對(duì)象。