单例模式

Java内存模型的抽象示意图:

所有单例模式都有一个共性，那就是这个类没有自己的状态。也就是说无论这个类有多少个实例，都是一样的；然后除此者外更重要的是，这个类如果有两个或两个以上的实例的话程序会产生错误。

非线程安全的模式

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton(){}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) //1：A线程执行instance = new Singleton(); //2：B线程执行return instance;}
}

普通加锁

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

出于性能考虑，采用双重检查加锁的模式

双重检查加锁模式

public class Singleton{private static Singleton singleton;private Singleton(){}public static Singleton getInstance(){if(null == singleton){  //第一次检查synchronized(Singleton.class){  //加锁if(null == singleton){  //第二次检查singleton = new Singleton();//问题的根源出在这里}}}return singleton;}
}

双重检查加锁模式相对于普通的单例和加锁模式而言，从性能和线程安全上来说都有很大的提升和保障。然而双重检查加锁模式也存在一些隐蔽不易被发现的问题。首先我们要明白在JVM创建新的对象时，主要要经过三个步骤。

• 分配内存
• 初始化构造器
• 将对象指向分配的内存地址

这样的顺序在双重加锁模式下是么有问题的，对象在初始化完成之后再把内存地址指向对象。

问题的根源

但是现代的JVM为了追求执行效率会针对字节码（编译器级别）以及指令和内存系统重排序（处理器重排序）进行调优，这样的话就有可能(注意是有可能)导致2和3的顺序是相反的，一旦出现这样的情况问题就来了。

java源代码到最终实际执行的指令序列:

前面的双重检查锁定示例代码的（instance = new Singleton();）创建一个对象。这一行代码可以分解为如下的三行伪代码：

memory = allocate();   //1：分配对象的内存空间
ctorInstance(memory);  //2：初始化对象
instance = memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址

上面三行伪代码中的2和3之间，可能会被重排序（在一些JIT编译器上，这种重排序是真实发生的，详情见参考文献1的“Out-of-order writes”部分）。2和3之间重排序之后的执行时序如下：

memory = allocate();   //1：分配对象的内存空间
instance = memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址//注意，此时对象还没有被初始化！
ctorInstance(memory);  //2：初始化对象

多线程并发执行的时候的情况:

解决方案

基于Volatile的解决方案

先来说说Volatile这个关键字的含义：

• 可以很好地解决可见性问题
• 但不能确保原子性问题（通过 synchronized 进行解决）
• 禁止指令的重排序（单例主要用到此JVM规范）

Volatile 双重检查加锁模式

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

基于类初始化的解决方案

利用静态内部类的方式来创建，因为静态属性由JVM确保第一次初始化时创建，因此也不用担心并发的问题出现。当初始化进行到一半的时候，别的线程是无法使用的，因为JVM会帮我们强行同步这个过程。另外由于静态变量只初始化一次，所以singleton仍然是单例的。

这个方案的实质是：允许“问题的根源”的三行伪代码中的2和3重排序，但不允许非构造线程（这里指线程B）“看到”这个重排序。

静态内部类的方式

public class Singleton{private Singleton(){}public static Singleton getInstance(){return InnerClassSingleton.singleton;}private class InnerClassSingleton{protected static Singleton singleton = new Singleton();}
}

然而，虽然静态内部类模式可以很好地避免并发创建出多个实例的问题，但这种方式仍然有其存在的隐患。

存在的隐患

• 一旦一个实例被持久化后重新生成的实例仍然有可能是不唯一的。
• 由于java提供了反射机制，通过反射机制仍然有可能生成多个实例。

序列化和反序列化带来的问题：反序列化后两个实例不一致了。

private static void singleSerializable() {try (FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream(new File("myObjectFilee.txt"));ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(fileOutputStream);) {
//            SingletonObject singletonObject = SingletonObject.getInstance();
//            InnerClassSingleton singletonObject = InnerClassSingleton.getInstance();EnumSingleton singletonObject = EnumSingleton.INSTANCE;objectOutputStream.writeObject(singletonObject);objectOutputStream.close();fileOutputStream.close();System.out.println(singletonObject.hashCode());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try (FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(new File("myObjectFilee.txt"));ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(fileInputStream);) {//            SingletonObject singleTest=(SingletonObject) objectInputStream.readObject();
//            InnerClassSingleton singleTest=(InnerClassSingleton) objectInputStream.readObject();EnumSingleton singleTest=(EnumSingleton) objectInputStream.readObject();objectInputStream.close();fileInputStream.close();System.out.println(singleTest.hashCode());} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}
}

问题点及解决办法
ObjectInputStream中的readOrdinaryObject。

if (obj != null &&handles.lookupException(passHandle) == null &&desc.hasReadResolveMethod())
{Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);if (unshared && rep.getClass().isArray()) {rep = cloneArray(rep);}if (rep != obj) {handles.setObject(passHandle, obj = rep);}
}

调用自定义的readResolve方法

protected Object readResolve(){System.out.println("调用了readResolve方法！");return  InnerClassSingleton.getInstance();
}

通过反射机制获取到两个不同的实例

private static void attack() {try {Class<?> classType = InnerClassSingleton.class;Constructor<?> constructor = classType.getDeclaredConstructor(null);constructor.setAccessible(true);InnerClassSingleton singleton = (InnerClassSingleton) constructor.newInstance();InnerClassSingleton singleton2 = InnerClassSingleton.getInstance();System.out.println(singleton == singleton2);  //false} catch (NoSuchMethodException e) {e.printStackTrace();} catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();} catch (InvocationTargetException e) {e.printStackTrace();}
}

解决方案 : 私有构造方法中进行添加标志判断。

private InnerClassSingleton() {synchronized (InnerClassSingleton.class) {if (false == flag) {flag = !flag;} else {throw new RuntimeException("单例模式正在被攻击");}}
}

单例最优方案，枚举的方式

枚举实现单例的优势

• 自由序列化；
• 保证只有一个实例（即使使用反射机制也无法多次实例化一个枚举量）；
• 线程安全；

public enum Singleton {INSTANCE;private Singleton(){}
}

Hibernate的解决方案

通过ThreadLocal的方式

import org.hibernate.HibernateException;
import org.hibernate.Session;
import org.hibernate.cfg.Configuration;
public class HibernateSessionFactory {private static String CONFIG_FILE_LOCATION = "/hibernate.cfg.xml";private static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();private static Configuration configuration = new Configuration();private static org.hibernate.SessionFactory sessionFactory;private static String configFile = CONFIG_FILE_LOCATION;static {try {configuration.configure(configFile);sessionFactory = configuration.buildSessionFactory();} catch (Exception e) {System.err.println("%%%% Error Creating SessionFactory %%%%");e.printStackTrace();}}private HibernateSessionFactory() {}public static Session getSession() throws HibernateException {Session session = (Session) threadLocal.get();if (session == null || !session.isOpen()) {if (sessionFactory == null) {rebuildSessionFactory();}session = (sessionFactory != null) ? essionFactory.openSession() : null;threadLocal.set(session);}return session;}
// Other methods...
}本文转自秋楓博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/rwxwsblog/p/6662951.html，如需转载请自行联系原作者