单例模式详解

什么是单例模式

首先，单例模式是一种设计模式，按字面意思，指一个类只能创建一个对象，当创建出多个对象的时候，就会出现报错异常

单例模式为何出现？

1.资源共享:某些情况下，多个对象都需要共享一个资源，例如线程池，数据库连接。使用单例模式即可创造出一个公共资源，避免重复资源的重复创造和浪费

2.全局访问：一些对象需要在系统中被频繁访问，如日志，配置信息等。使用单例模式即可提供一个全局访问点，方便其他对象直接获取改实例对象

3.控制实例数量:在某些情况下，系统中运行存在一个实例，如窗口管理，任务管理器等。使用单例模式可以限制实例的数量，确保系统的稳定性和安全性

单例模式下的两种模式

1.饿汉模式

//饿汉模式
class hungrySingleton{
    //一开始就创建好对象了 (十分迫切地想要创建对象)
    private static hungrySingleton hungrySingleton = new hungrySingleton();
 
    //通过这个方法来获取实例对象
    public static hungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }
 
    public hungrySingleton(){
 
    }
}

是由代码可知，饿汉模式下，十分急于想创建出对象，故一开始就把对象创建好了，通过getInstance方法来获取对象实例

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2.懒汉模式

//懒汉模式  只有当调用方法的时候  实例才会被创建
class LazySingleton{
    //只要当别人调用方法时 才会创建实例对象 不急不慢
    private static LazySingleton Lazysingleton = null;
 
    public static LazySingleton getLazySingleton(){
        synchronized()
        if(Lazysingleton == null){
            //只有第一次获取时才能获取到实例对象
            Lazysingleton = new LazySingleton();
            return Lazysingleton;
        }
        return Lazysingleton;
    }
    public LazySingleton(){
 
    }
}

反观懒汉模式，并不是一开始就加载对象，而是当需要时，你就调用方法获得实例，显现出了它的不紧不慢，懒的特点

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细节重点：

无论是懒汉模式，还是饿汉模式，我们都能注意到，无论是变量还是方法，都加了static关键字，这其中有什么说法呢？

我们知道，静态资源随着类的加载而加载，且类对象在其进程中，也是只有唯一的一份，这也就意味着类里面的静态资源，也只有独一份的存在，故static在中起到的作用为：

随着类的加载而加载，保证资源只有独一份

同时，我们也可以反过来想，如果这里的属性方法不加关键字，那么资源不就是随着对象的创建而被创建，可以通过实例对象.资源的方法被获取，那资源岂不是取之不尽用之不竭了，与我们的单例两字完全背道而驰

 public static void main(String[] args) {
        hungrySingleton h = hungrySingleton.getInstance();
        hungrySingleton h1 = hungrySingleton.getInstance();
        System.out.println(h == h1);
    }

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线程安全：

原子性

上述的两种模式，其中有一个存在线程安全问题，哪么到底是哪一个呢？

我们分析：

饿汉模式下，资源直接被创建出来，通过方法来获取实例，这区间只存在读操作(获得对象）

在懒汉模式下，刚开始的资源变量被赋值为null，当想获得此实例时，调用方法，但是方法中有一个if的条件判断 if(LazySingleton == null),而这里就涉及到了读操作，如果满足条件，对资源变量赋值，这时候就涉及到了写操作，显然，在既有读也有写的操作中，懒汉模式是线程不安全的！

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如何解决：

解决线程安全，首先需要知道它产生线程安全的原因，这里的原因无非是既有读，又有写操作，故操作非原子性，于是我们即可以搬出synchronized进行加锁，使操作原子性

class LazySingleton{
    //只要当别人调用方法时 才会创建实例对象 不急不慢
    private static LazySingleton Lazysingleton = null;
 
    public static LazySingleton getLazySingleton(){
        synchronized(LazySingleton.class){
            if(Lazysingleton == null){
                //只有第一次获取时才能获取到实例对象
                Lazysingleton = new LazySingleton();
                return Lazysingleton;
            }
            return Lazysingleton;
        }
    }
    public LazySingleton(){
    }
}

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但此时，又会衍生出一个问题：每次执行getInstance方法获取实例对象，都需要加锁吗？

我们知道，加锁/释放锁都是有开销的，如果此资源被频繁地使用，每次使用都需要执行一次加锁操作，其开销也是巨大的

我们发现，当第一次执行方法后，此后的Lazysingleton便不是null了，于是在其之后调用方法的直接返回实例即可了，故我们只需要对第一次创建对象时加锁就行了，对象创建后就没必要再加锁了

public static LazySingleton getLazySingleton(){
        if(Lazysingleton == null){
            synchronized (LazySingleton.class){
                if(Lazysingleton == null){
                    Lazysingleton =  new LazySingleton();
                    return Lazysingleton;
                }
            }
        }
        return Lazysingleton;
    }

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内存可见性：

设想，当有大量线程同时通过方法来获取实例对象时，此时实例对象都被读为空，由于编译器优化，可能将已经实例化好的对象依然读成null，此时就会创建出多个实例对象

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指令重排序：

什么是指令重排序呢？

比如一个操作的正常指令顺序为1 2 3，当由于编译器的优化(没错，又是它),使指令操作变成1 3 2，而这对于单线程是没什么问题，但对于多线程来说，就会出现问题了

这里我们把load 资源赋值 返回资源操作比喻成指令123

设想，线程1由于指令重排序使操作变成了132

线程1执行完指令13后--->(此时变量还没有被赋值，直接被return了)，这时线程2切进来了开始执行，对于线程2来说，既然线程1已经执行了3操作(return Lazysingleton),表明此时的资源为非空了，那么线程2也就直接返回资源了(return Lazysingleton)。但此时的资源并不是完整的，因为线程1的2操作还没有执行呢(Lazysingeton = new LazySingeton),所以此时t2拿到的是非法的对象，故出现问题

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解决方法：

volatile

 volatile private static LazySingleton Lazysingleton = null;
 
    public static LazySingleton getLazySingleton(){
        if(Lazysingleton == null){
            synchronized (LazySingleton.class){
                if(Lazysingleton == null){
                    Lazysingleton = new LazySingleton();
                    return Lazysingleton;
                }
            }
        }
        return Lazysingleton;
    }

故volatile具有两个功能：

1.解决内存可见性

2.解决指令重排序