1、什么是单例模式
引用自单例模式–维基百科
单例对象的类必须保证只有一个实例存在
单例可以分为两大类：
懒汉式：指全局的单例实例在第一次被使用时构建。
饿汉式：指全局的单例实例在类装载时构建。
–常用的应该是懒汉式，什么时候需要什么时候去创建，才能造成资源的不浪费。
2、懒汉式单例
2.1、教科书版本
/**
* 懒汉式单例--1.0版本
*/
public class SingletonV1 {
private static SingletonV1 singletonV1 = null;
//构造器私有，防止被外部的类调用
private SingletonV1() {
}
private static SingletonV1 getInstance() {
//每次获取单例对象时进行判断，如果为空，则重新new一个出来。
if (singletonV1 == null) {
return new SingletonV1();
}
return singletonV1;
}
}
存在问题
当多线程工作时，两个线程同时运行到 if (singletonV1 == null) ，两个线程都判断为null，便会创建两个对象，就不是单例模式了。
2.2、synchronized(同步锁)版本
多线程的情况下会出现上述情况，那么加个同步锁。
/**
* 懒汉式单例--2.0版本
*/
public class SingletonV2 {
private static SingletonV2 singletonV2 = null;
private SingletonV2() {
}
//加上synchronized 形成同步锁
private synchronized static SingletonV2 getInstance() {
if (singletonV2 == null) {
return new SingletonV2();
}
return singletonV2;
}
}
解决分析
加上synchronized 形成同步锁。当两个线程同时运行到getInstance()这个方法时，会有一个线程A获得同步锁，继续执行，另一个线程B则需要等待，当线程A完成null的判断，对象的创建，对象的返回之后，线程B才会执行，所以就避免了多线程创建多个实例的情况。
存在问题
虽然给getInstance()方法加锁，避免了多线程多实例的问题，但是会强制让其他线程进行等待，对程序的运行效率造成负担。
2.3、双重检查(Double-Check)版本
上述
synchronized版本代码中的代码，其实没必要将整个方法进行同步锁。只需要将new这个操作进行同步处理就行了。创建对象的动作只有一次，后面的动作全是读取那个成员变量，这样做会严重影响后续的性能。
在线程同步前还得加一个(singleton== null)的条件判断，如果对象已经创建了，那么就不需要线程的同步了
/**
* 懒汉式单例--3.0版本
*/
public class SingletonV3 {
private static SingletonV3 singletonV3 = null;
private SingletonV3() {
}
private static SingletonV3 getInstance() {
if (singletonV3 == null) {
synchronized (SingletonV3.class) {
if (singletonV3 == null) {
singletonV3 = new SingletonV3();
}
}
}
return singletonV3;
}
}
这里进行了两次
if (singletonV3 == null)的判断
- 第一次
if (singletonV3 == null)，为了解决同步锁的效率问题，只有singletonV3为空才会进行synchronized代码块。- 第二次
if (singletonV3 == null)，为了防止出现多实例的情况。
以上代码还是有些小问题先弄清楚两个东西原子操作,指令重排。
3、原子操作
原子操作就是原子操作指的是不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch（切换到另一个线程）。
一个简单的原子操作
m = 6;//这是一个原子操作假设m原先值为0，对于这个操作，要么成功m的值变为6，要么没执行，m的值还是0，而不会出现其他值，而声明并赋值不是一个原子操作
int m = 6；//这不是一个原子操作对于这个，至少两个操作：
- 声明一个变量m
- 给m赋值为6
这样就会有一个
中间状态：
变量已经被声明，但是还没有赋值的状态。
在多线程中，由于线程执行顺序的不确定性，如果两个线程都使用m，就可能导致不稳定结果出现。
4、指令重排
指令重排意思是计算机在不影响结果的情况下，为了优化，会做一些优化，对一些语句的执行顺序进行调整。int a ; // 语句1 a = 8 ; // 语句2 int b = 9 ; // 语句3 int c = a + b ; // 语句4正常来说，执行顺序是自上而下。由于
指令重排的原因吗，因为不影响结果，执行顺序可能成为3124或者1324。由于语句3和4没有原子性的问题，语句3和语句4也可能会拆分成原子操作，再重排。–也就是说，对于非原子性的操作，在不影响最终结果的情况下，其拆分成的原子操作可能会被重新排列执行顺序。
主要在于singletonV3= new singletonV3()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
1.给 singletonV3分配内存
2.调用 SingletonV3 的构造函数来初始化成员变量，形成实例
3.将singletonV3对象指向分配的内存空间（执行完这步 singletonV3才是非 null 了）
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 singletonV3,已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 singletonV3，然后使用，然后顺理成章地报错。
5、volatile版本
给instance的声明加上volatile关键字
/**
* 单例模式4.0版本
*/
public class SingletonV4 {
//volatile仅在jdk1.5后使用
private static volatile SingletonV4 singletonV4;
private SingletonV4() {
}
private static SingletonV4 getInstance() {
if (singletonV4 == null) {
synchronized (SingletonV4.class) {
if (singletonV4 == null) {
singletonV4 = new SingletonV4();
}
}
}
return singletonV4;
}
}
volatile关键字的作用为禁止指令重排，把singletonV4声明为volatile，对它的读写就有一层内存屏障，这样在它赋值完成之前，就不会对它执行读的操作。
内存屏障
内存屏障（memory barrier）和volatile什么关系？上面的虚拟机指令里面有提到，如果你的字段是volatile，Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令，在读操作前插入一个读屏障指令。这意味着如果你对一个volatile字段进行写操作，你必须知道：1、一旦你完成写入，任何访问这个字段的线程将会得到最新的值。2、在你写入前，会保证所有之前发生的事已经发生，并且任何更新过的数据值也是可见的，因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
volatile阻止的不是*singletonV4 = new SingletonV4()*这个的指令重排,而是保证了在写操作完成之前，不会调用读的操作。
6、饿汉式单例
饿汉式单例是指：指全局的单例实例在类装载时构建的实现方式。
由于类装载的过程是由类加载器（ClassLoader）来执行的，这个过程也是由JVM来保证同步的，所以这种方式先天就有一个优势——能够免疫许多由多线程引起的问题。
/**
* 饿汉式单例
*/
public class SingletonV5 {
private static final SingletonV5 INSTANCE = new SingletonV5();
private SingletonV5() {
}
private static SingletonV5 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
缺点
INSTANCE的初始化是在类加载中进行，而类加载由ClassLoader执行，对开发者而言很难把握初始化的时机：
1.可能初始化太早，造成资源的浪费；
2.如果初始化本身依赖于一些其他数据，那么很难保证需要的数据，在其初始化完成时是否准备好。
7、枚举实现单例方式
/**
* 枚举单例的实现
*/
public enum SingletonV6 {
INSTANCE;
public void FunTest() {
//...
}
}
作者对这个方法的看法
这种方法在功能上与公有域方法相近，但是比它更加简洁，无偿地提供了序列化机制，绝对防止多次实例化，即使是面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。虽然这种方法还没广泛使用，但是单元素的枚举类型已经实现singleton的最佳方法。