Java中如何实现单例模式

Java中,单例模式通常有2种分类饿汉模式和懒汉模式。
饿汉模式指的是单例实例在类装载时就被创建了。
懒汉方式值的是单例实例在首次使用时才被创建。
无论是饿汉模式还是懒汉模式,都是用了一个静态成员变量来存放真正的实例。并且私有化构造函数,防止被外部实例化。
单例(饿汉模式)代码:
public class Singleton {
    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
 
    //私有化构造方法,防止被实例化   
    private Singleton() {
    }
 
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

单例懒汉模式代码,注意静态字段声明的时候,有一个volatile关键字,并且代码中两次判断是否是null,这种双重检测的机制为了应对多线程环境。
public class Singleton {
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;
 
    //私有化构造方法,防止被实例化
    private Singleton() {
    }
 
    //双重检测
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { //①
 
            synchronized (Singleton.class) { //②
 
                if (INSTANCE == null) { //③
                    INSTANCE = new Singleton(); //④
                }
            }
        }
 
        return INSTANCE;
    }
}

需要注意的是,即使这种Doublecheck在C++中有效,但对JAVA5之前的代码还是有一点问题的。
原因在于,编译器会优化代码,可能导致赋值语句乱序执行,上述代码中,如果有2个线程A,B。A线程已经进入4位置,当4位置的代码执行时,需要注意 INSTANCE = new Singleton()这个行代码不是一个原子操作。
JVM可能在完成Singleton类的构造方法之前,会先把一块还未初始化完成的内存地址先分配给INSTANCE,而此时如果线程B进入1位置,会认为INSTANCE已经存在,从而返回了一个未初始化完成的内存块,这可能导致程序崩溃。正是由于是先给INSTANCE赋值在初始化内存块,还是先初始化内存块再复制给INSTANCE,这个顺序无法保证,所以这种机制会出现问。所以在JAVA5之后,扩充了 volatile关键字,确保一个变量写入和读取操作的顺其不会被编译器优化成乱序,volatile变量也不会被缓存到cpu寄存器中,保证了其读取的一致性。
这和C#中的volatile的关键字是一样的作用。
除了上面2中常见的方法之外,还有其他方法。比如下面一种比较经典的实现方法,使用一个内部类,JVM自身保证了自身安全,这个模式也是在《Effective Java》这本书中推荐的,这种方式不依赖于java版本。
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }
 
    public static final Singleton getInstance() {
        return InnerClass.INSTANCE;
    }
 
    private static class InnerClass {
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}

但在JAVA5之后,最简单的单例实现方法是使用enum类型。
enum关键字是JAVA5中新增的,它和class,interface一样,也是一种数据类型。可以把它看成是一种特殊的类。可以在enum内部实现构造方法,字段,方法等,还可以实现接口。不过也有一些限定,枚举类中的构造器,默认为private修饰,且只能使用private。枚举类的所有实例必须在类中的第一行显式列出,否则这个枚举类不可能产生实例。JVM保证了这个每个枚举值只被初始化一次。正是由于这样一个特点,我们可以用如下代码可以实现单例。
public enum Singleton {INSTANCE;
    public void dosth(String arg) {
        // 逻辑代码
    }
}

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