【设计模式】单例模式

懒汉不安全

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {

    }

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

        return instance;
    }
}

多线程下由于指令重排序，可能导致instance分配了空间但还没完成初始化，另一个线程就插入了，此时instance已经不为null了，但实际上还没有完成初始化，此时return的可能一个null。

懒汉安全

class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance;

    private Singleton3() {

    }

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

        return instance;
    }
}

简单粗暴的synchronized，并发性比较低，不建议。

懒汉双重检查（重要）

class Singleton4 {
    private static volatile Singleton4 instance;

    private Singleton4() {

    }

    public static Singleton4 getInstance() {
        if (instance == null) {//第一次判断，如果不为null，可以省去synchronized的开销。
            synchronized (Singleton4.class) {
                if (instance == null) {//第二次判断，排除多个线程进入创建多个实例的可能。
                    instance = new Singleton4();
                }
            }
        }

        return instance;
    }

}

如果不给instance变量加volatile关键字，那么第一次判断null时，instance变量可能已经完成了地址分配，但是还没有完成初始化，最终造成空指针异常。
对象创建有三条指令：分配内存空间、初始化对象、设置instance指向分配的内存空间。
这个问题是指令重排序造成的，可能导致还没有发生初始化，指针就完成了指向。因此必须加上volatile，禁止“初始化对象”和“设置instance指向分配的地址”两条指令的重排序。

对于两次instance的是否为空的判断解释：

1. 为何在synchronization外面的判断？

   为了提高性能！如果拿掉这次的判断那么在行的时候就会直接的运行synchronization，所以这会使每个getInstance()都会得到一个静态内部锁，这样的话锁的获得以及释放的开销（包括上下文切换，内存同步等）都不可避免，降低了效率。所以在synchronization前面再加一次判断是否为空，则会大大降低synchronization块的执行次数。

2. 为何在synchronization内部还要执行一次呢？

   因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。

饿汉安全

class Singleton2 {
    private static Singleton2 instance = new Singleton2();//new对象由jvm的机制保证一定线程安全

    private Singleton2() {

    }

    public static Singleton2 getInstance() {
        return instance;
    }
}

由JVM保证天然的线程安全，但是还是不太好，因为我们还是希望懒加载。

静态内部类（重要）

class Singleton5 {
    private Singleton5() {

    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
    }

    public static Singleton5 getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

推荐用法，由JVM保证天然的线程安全，并且实现了懒加载。

枚举（重要）

参考 https://blog.csdn.net/moakun/article/details/80688851

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    private Resource instance;
    Singleton () {
        instance = new Resource();
    }
    public Resource getInstance() {
        return instance;
    }
}  

Singleton.INSTANCE.getInstance() 即可获得所要实例。
使用非枚举的方式实现单例，都要自己来保证线程安全，所以，这就导致其他方法必然是比较臃肿的。那么，为什么使用枚举就不需要解决线程安全问题呢？

其实，并不是使用枚举就不需要保证线程安全，只不过线程安全的保证不需要我们关心而已。也就是说，其实在“底层”还是做了线程安全方面的保证的。

定义枚举时使用enum和class一样，是Java中的一个关键字。就像class对应用一个Class类一样，enum也对应有一个Enum类。

通过将定义好的枚举反编译，我们就能发现，其实枚举在经过javac的编译之后，会被转换成形如public final class T extends Enum的定义。

而且，枚举中的各个枚举项同事通过static来定义的。如：

public enum T {
    SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER;
}

反编译后代码为：

public final class T extends Enum
{
    //省略部分内容
    public static final T SPRING;
    public static final T SUMMER;
    public static final T AUTUMN;
    public static final T WINTER;
    private static final T ENUM$VALUES[];
    static
    {
        SPRING = new T("SPRING", 0);
        SUMMER = new T("SUMMER", 1);
        AUTUMN = new T("AUTUMN", 2);
        WINTER = new T("WINTER", 3);
        ENUM$VALUES = (new T[] {
            SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER
        });
    }
}

了解JVM的类加载机制的朋友应该对这部分比较清楚。static类型的属性会在类被加载之后被初始化，当一个Java类第一次被真正使用到的时候静态资源被初始化、Java类的加载和初始化过程都是线程安全的（因为虚拟机在加载枚举的类的时候，会使用ClassLoader的loadClass方法，而这个方法使用同步代码块保证了线程安全）。所以，创建一个enum类型是线程安全的。

也就是说，我们定义的一个枚举，在第一次被真正用到的时候，会被虚拟机加载并初始化，而这个初始化过程是线程安全的。而我们知道，解决单例的并发问题，主要解决的就是初始化过程中的线程安全问题。

所以，由于枚举的以上特性，枚举实现的单例是天生线程安全的。

枚举可避免反序列化破坏单例前面我们提到过，使用“双重校验锁”实现的单例其实是存在一定问题的，就是这种单例有可能被序列化所破坏，关于这种破坏及解决办法，参看单例与序列化的那些事儿，这里不做更加详细的说明了。

以前的所有的单例模式都有一个比较大的问题，就是一旦实现了Serializable接口之后，就不再是单例得了，因为，每次调用 readObject()方法返回的都是一个新创建出来的对象，有一种解决办法就是使用readResolve()方法来避免此事发生。但是，为了保证枚举类型像Java规范中所说的那样，每一个枚举类型极其定义的枚举变量在JVM中都是唯一的，在枚举类型的序列化和反序列化上，Java做了特殊的规定。

大概意思就是：在序列化的时候Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时，编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的，因此禁用了writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法。

        public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,String name) {  
            T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);  
            if (result != null)  
                return result;  
            if (name == null)  
                throw new NullPointerException("Name is null");  
            throw new IllegalArgumentException(  
                "No enum const " + enumType +"." + name);  
        }  

从代码中可以看到，代码会尝试从调用enumType这个Class对象的enumConstantDirectory()方法返回的map中获取名字为name的枚举对象，如果不存在就会抛出异常。再进一步跟到enumConstantDirectory()方法，就会发现到最后会以反射的方式调用enumType这个类型的values()静态方法，也就是上面我们看到的编译器为我们创建的那个方法，然后用返回结果填充enumType这个Class对象中的enumConstantDirectory属性。

所以，JVM对序列化有保证。

普通的Java类的反序列化过程中，会通过反射调用类的默认构造函数来初始化对象。所以，即使单例中构造函数是私有的，也会被反射给破坏掉。由于反序列化后的对象是重新new出来的，所以这就破坏了单例。

但是，枚举的反序列化并不是通过反射实现的。所以，也就不会发生由于反序列化导致的单例破坏问题。这部分内容在《深度分析Java的枚举类型—-枚举的线程安全性及序列化问题》中也有更加详细的介绍，还展示了部分代码，感兴趣的朋友可以前往阅读。