单例模式的实现及怎么访问一个单例模式

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单例模式的实现及怎么访问一个单例模式

一、单例模式怎么被访问：

首先，将该类的构造函数私有化（目的是禁止其他程序创建该类的对象）；
其次，在本类中自定义一个对象（既然禁止其他程序创建该类的对象，就要自己创建一个供程序使用，否则类就没法用，更不是单例）；
最后，提供一个可访问类自定义对象的类成员方法（对外提供该对象的访问方式）。
直白的讲就是，你不能用该类在其他地方创建对象，而是通过该类自身提供的方法访问类中的那个自定义对象。

程序调用类中方法只有两种方式，①创建类的一个对象，用该对象去调用类中方法；②使用类名直接调用类中方法，格式“类名.方法名()”；

举个栗子：
Singleton singleton = Singleton.getInstance();

使用类名直接调用类中方法，类中方法必须是静态的，而静态方法不能访问非静态成员变量，因此类自定义的实例变量也必须是静态的。

这就是单例模式唯一实例必须设置为静态的原因

二、单例模式的实现

2.1 预加载

pubilic class	 PreloadSingleton{
//私有的构造方法，防止被其他类创建本类的一个对象，用该对象去调用类中方法private PreloadSingleton() {}private static PreloadSingleton singleton = new PreloadSingleton();//为使其他类可以访问本单例模式而写的方法public static PreloadSingleton getInstance() {return instance;}       
}

预加载的劣势：很明显的，没有使用该单例对象，该对象也会被加载到内存，这会造成内存的浪费。

2.2 懒加载

public  class Singleton{
//私有构造方法
private Singleton() {}
private static  Singleton singleton = null;
//用于外部访问的静态方法
public static Singleton getInstance{
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}

三、单例模式和线程安全

（1）预加载只有一条语句return instance,这显然可以保证线程安全。但是，我们知道预加载会造成内存的浪费。

（2）懒加载不浪费内存，但是无法保证线程的安全。首先，if判断以及其内存执行代码是非原子性的。其次，new Singleton()无法保证执行的顺序性。

3.1 保证懒加载的线程安全

首先想到的是可以使用 synchronized关键字来保证线程安全（使用lock也可以的）

public class Singleton {private Singleton() {}private static Singleton instance = null;// 解决了线程安全问题，但是这种实现方式的运行效率会很低，因为同步块的作用域有点大，而且锁的粒度有点粗public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

使用synchronized加载getInstace()函数上确实保证了线程的安全。但是，如果要经常的调用getInstance()方法，不管有没有初始化实例，都会唤醒和阻塞线程。为了避免线程的上下文切换消耗大量时间，如果对象已经实例化了，我们没有必要再使用synchronized加锁，直接返回对象。（运行效率低）
所以我们可以把sychronized加在if(instance==null)判断语句里面，保证instance未实例化的时候才加锁

public class Singleton{private Singleton() {}private static Singleton instance = null;public static  Singleton getInstance() {//双重检查模式，外层的判断是为了提高效率（只需要同步一次），里层的判断就是第一次实例化需要（只需要实例化一次）（多线程的原因，可能有多个线程同时到这里来，假如第一个线程实例化之后，后面的线程就会因为这个判断不再新建实例了）。）if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

当 instance 为 null 时，两个线程可以并发地进入 if 语句内部。然后，一个线程进入 synchronized 块来初始化 instance，而另一个线程则被阻断。当第一个线程退出 synchronized 块时，等待着的线程进入并创建另一个 Singleton 对象。注意：当第二个线程进入 synchronized 块时，它并没有检查 instance 是否非 null。

线程安全主要体现在以下三个方面：

原子性：提供了互斥访问，同一时刻只能有一个线程对它进行操作

可见性：一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到

有序性：一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序的存在，该观察结果一般杂乱无序

不满足原子性或者顺序性，线程肯定是不安全的，这是基本的常识，不再赘述。我主要讲一下为什么new Singleton()无法保证顺序性。
我们知道创建一个对象分三步:

memory=allocate();//1:初始化内存空间

ctorInstance(memory);//2:初始化对象

instance=memory();//3:设置instance指向刚分配的内存地址

jvm为了提高程序执行性能，会对没有依赖关系的代码进行重排序，上面2和3行代码可能被重新排序,也就是可能会有还没初始化对象就设置instance指向内存空间,此时再有一个线程来访问会发现 singleton对象不为null，然后引用了（实际上还是null），导致线程不安全。因为new一个对象的代码是无法保证顺序性的，所以，我们需要使用另一个关键字volatile保证对象实例化过程的顺序性。

volatile通常被比喻成"轻量级的synchronized"，也是Java并发编程中比较重要的一个关键字。和synchronized不同，volatile是一个变量修饰符，只能用来修饰变量。无法修饰方法及代码块等。其一个作用就是可以禁止指令的重排优化。

最终的代码应该是这样的：

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