单例模式 - 明日又天涯

一、线程不安全

public class SampleOne {
	private static SampleOne instance;

	private SampleOne() {}

	public static SampleOne getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new SampleOne();
		}
		return instance;
	}
}

二、加同步锁，线程安全但效率低

public class SampleTwo {
	private static SampleTwo instance;

	private SampleTwo() {}

	public synchronized static SampleTwo getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new SampleTwo();
		}
		return instance;
	}
}

三、双检锁（DCL）

public class SampleThree {
	private static volatile SampleThree instance;// 语句1

	private SampleThree() {}

	public static SampleThree getInstance() {
		if (instance == null) {// 语句2
			synchronized(SampleThree.class) {
				if (instance == null) {
					instance = new SampleThree();// 语句3
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

TIPS:
语句1处，加上volatile才是正确的双检锁。

对于

instance = new SampleThree();

这个语句来说，实际包含三条字节码指令：

1.在堆内为新对象开辟一段内存空间；
2.初始化新对象中的属性；
3.将instance指向新开辟的内存。

其中2、3步因为没有严格的“happen-before”原则，存在指令重排的可能，3和2的顺序将可能被调换。那么，这就可能导致：对象内部属性还未初始化，但instance却已经非null，从而得到了一个未正常初始化的、非线程安全的实例。

四、基于类加载机制

JAVA虚拟机有且仅有在以下5种场景下会对类进行初始化:

遇到new、getstatic、setstatic或者invokestatic这4个字节码指令时，对应的java代码场景为：new一个关键字或者一个实例化对象时、读取或设置一个静态字段时(final修饰、已在编译期把结果放入常量池的除外)、调用一个类的静态方法时。
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没进行初始化，需要先调用其初始化方法进行初始化。
当初始化一个类时，如果其父类还未进行初始化，会先触发其父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类)，虚拟机会先初始化这个类。
当使用JDK 1.7等动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

而JVM在初始化类的时候，会自己控制类在多线程环境下被正确初始化，包括运用加锁、同步方法，当多个线程同时初始化一个类时，只有一个线程能去执行类型初始化的方法，其他的线程将被阻塞。

包括将单例对象置为静态属性、内部类单例、枚举类型单例这些实现单例模式的方法，其实都属于这一类。

将单例对象置为静态属性

public class SampleFour {
	private static final SampleFour instance = new SampleFour();

	private SampleFour() {}

	public static SampleFour getInstance() {
		return instance;
	}
}

内部类单例

public class SampleFour {
	private SampleFour() {}

	private static class SingletonHolder {
		private static final SampleFour instance = new SampleFour();
	}

	public static SampleFour getInstance() {
		return SingletonHolder.instance;
	}
}

枚举类型单例

public enum SampleFour {
	instance;

	public void method() {
		// TODO:
	}
}

五、CAS

public class SampleFive {
	private static final AtomicReference<SampleFive> instance = new AtomicReference<>();

	private SampleFive() {}

	public static SampleFive getInstance() {
		for (;;) {
			SampleFive sampleFive = instance.get();
			if (sampleFive != null) {
				return sampleFive;
			} else {
				sampleFive = new SampleFive();
				if (instance.compareAndSet(null, sampleFive)) {
					return sampleFive;
				}
			}
		}
	}
}

参考资料：

《深入理解JAVA虚拟机》
《Java虚拟机规范》