java中的7种单例模式

单例模式是我们开发中经常会用到的，单例模式的好处是应用在运行时只有一个实例，生命周期从单例实例化后一直到应用生命周期结束。这里总结和比较一下几种单例的形式，共总结了七种。

写法一

public class Singleton1 implements Serializable {private static Singleton1 instance = new Singleton1();private Singleton1(){}public static Singleton1 getInstance(){return instance;}
}

这种写法的问题是，在class文件装载虚拟机的时候，就会分配内存。 (这个说法有问题，已经在新的文章中解释:从两种单例模式谈java类加载过程中静态变量的初始化问题)有时候我们不希望应用一启动就有个单例占了内存，尤其在android这种内存敏感的嵌入式设备中，希望可以在使用的时候再去分配。但是这种写法是保证线程安全的，因为是在虚拟机加载class文件就分配的内存，虚拟机保证了单例的线程安全。

写法二

public class Singleton2 {private static Singleton2 instance;private Singleton2(){}public static Singleton2 getInstance(){if(instance == null) {instance = new Singleton2();}return instance;}
}

好，既然说Singleton1的写法不能实现延迟加载，那么就在获取单例的时候再初始化实例。但是这个写法有线程安全问题，详细见写法四。

写法三

public class Singleton3 {private static Singleton3 instance;private Singleton3(){}public static synchronized Singleton3 getInstance(){if(instance == null){instance = new Singleton3();}return instance;}
}

你有张良计我有过墙梯。说我线程不安全？加个锁给你看看。在静态方法前加锁，锁住了这个类（class）对象（而不是实例）。但是synchronized锁是个重量级锁，当一个线程访问这个类，如果这个对象已经被另一个线程访问时，这个线程会一直阻塞。每次调用getInstance（）方法都要阻塞，这样是很耗性能的。

写法四

public class Singleton4 {private Singleton4(){}private static Singleton4 instance;public static Singleton4 getInstance(){if(instance == null){synchronized (Singleton4.class){if(instance == null){instance = new Singleton4();}}}return instance;}
}

这是一个经典的DCL（双重检查锁定）写法。获取单例时，如果当前实例为空，就对class对象加锁，加锁后为防止多线程在加锁期间生成单例，又做了一次判定，如果这时候实例还是空，创建。每次使用getInstance方法，如果实例存在，就直接返回。最多阻塞一次。
这种写法目前看起来很完美，但是问题来了，

if(instance == null){instance = new Singleton4();}

代码段和写法二中的一模一样。写法二有线程安全问题，代码四不是用synchroized处理了吗，还有线程安全的事？肯定有的，不然我不会费这力气说了。
在JMM（java内存模型）中，instance = new Singleton（）；可以分成几个指令：

memory = allocate（memorySize);//分配一定大小的内存空间
initMemory(memory);//初始化内存对象，比如初始化成员变量等等
instance 指向 memory;//引用指向实例的地址

但是，了解JMM的童鞋应该知道，为了提高编译和运行效率，编译器和处理器会对代码做重排序（可以使指令对齐，处理器流水线更快），上述1-》2-》3的顺序可能会被重排成1-》3-》2，在单线程下，java语言规范保证了执行结果不变，但是在多线程下会出问题：

如图，A线程中，代码重排序成了1-》3-》2，在3执行之后，2之前，B线程访问instance，但是此时instance引用指向了分配的空间，但是这个空间并没有做实例对象的初始化工作！

这个问题的本质：

线程A中代码重排序了；
重排序就算了，在A没执行完全部代码之前，这个重排序让线程B看到了。

这个情况很少发生，但是真实发生的，这就悲催了。不过好在知道了什么原因，从根本入手解决。改进方案：

public class Singleton4 {private Singleton4(){}private volatile static Singleton4 instance;public static Singleton4 getInstance(){if(instance == null){synchronized (Singleton4.class){if(instance == null){instance = new Singleton4();}}}return instance;}
}

就是在静态变量前加了volatile关键字！四苦一，一个volatile就解决了？原来是在JDK5以及以上，volatile的语义被增强了。在编译器编译时，有volatile声明的变量会在前后插入插入屏障，保证不会在单一线程看来都不会重排序。也就是通过阻止本质1实现线程安全。

写法五

上面说了阻止本质1实现线程安全，现在讲一个阻止本质2的写法：

public class Singleton5 {private Singleton5(){}private static class InstanceHolder{private static Singleton5 instance = new Singleton5();}public static Singleton5 getInstance(){return InstanceHolder.instance;}
}

就是套了一个私有的静态内部类。java语言规范保证了，一个类或者接口的静态成员在被赋值的时候，这个类会初始化（有个初始化锁，每个线程都会至少获取一次初始化锁保证初始化），这个过程比较复杂，结果就是对任意线程，内部可以重排序，但是这种重排序对其他线程不可见。这个也是Google推荐的写法。

写法六

public enum  Singleton6 {INSTANCE;public void func(){}
}

黑科技式的写法。枚举类本质是继承了Enum类的静态类，但是enum会比普通静态变量更占内存，因为做了很多处理。JVM保证了static类的线程安全性。

写法七

public class Singleton7 {private static AtomicReference<Singleton7> instance = new AtomicReference<>();private Singleton7(){}public static Singleton7 getInstance(){for(;;){Singleton7 singleton7 = instance.get();if(singleton7!=null){return singleton7;}singleton7 = new Singleton7();if(instance.compareAndSet(null,singleton7)){return singleton7;}}}
}

高科技的写法。如果面试的时候让你写一种不用synchronized锁的线程安全的单例，这无疑是最佳答案（enum黑科技在JVM保证线程安全时一样用了synchronized）。这个写法用了CAS锁，CAS锁本质是用汇编cmpxchg指令实现锁cpu缓存。但是如果长时间获取不到锁，由于自旋（循环），会有较大的开销。

勘误线

“在class文件装载虚拟机的时候，就会分配内存。”这种说法是错的。是在类的初始化阶段完成的。

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