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Java面试之单例模式浅谈

单例模式是Java面试中常会问到的一个问题，众所周知，单例模式分为两大部分：饿汉模式和懒汉模式。但是，如果当面试官问道关于单例模式的话，如果你只答出这两种模式，且懒汉模式还是最基础最简陋版的话，那么你可能就要悲剧了。
当被问到单例模式的时候我们到底需要知道哪些知识点呢？接下来我根据我所掌握的知识点进行一些总结，希望对大家能够有所帮助。
一、饿汉模式：
其实从名字就可以辨认出，该模式的写法是在定义私有全局变量时直接初始化变量，饿汉么，既然已经饿了，那就不管什么赶紧吃了，附代码如下：
private static Singleton singleton = new Singleton();
public static Singleton backSingletonAction() {
return singleton;
【Java面试之单例模式浅谈】}
该模式最大的问题是，私有全局变量singleton的创建时机问题，由于被static修饰，当class被加载的时候，singleton就会被创建出来，那么就有可能造成空间浪费，一个单例类就会存在一个对象，那么如果有100个单例类就回有100个对象，但是有可能只用到1个，这种情况下就会有99个对象的空间被浪费，这就是饿汉模式最大的问题。
二、懒汉模式：
顾名思义，这种模式的单例比较懒，只有在用到的时候对象才会被创建出来，可以很大程度的节约空间。懒汉模式的实现由很多种，接下来我就从最基础的写法开始进行分析。
1、最简陋的懒汉模式：
private static Singleton singleton = null;
public static Singleton backSingletonAction() {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
如你所见，这个就是最简陋的懒汉模式单例的书写方法，为什么说是最简陋的单例模式？线程安全！没错，就是存在线程安全问题。当多条线程对backSingletonAction进行访问的时候，就可能造成在singleton成功创建出对象之前有多条线程进入到if判断中，从而造成singleton对象被多次赋值的问题。针对该问题提出设想，这种写法的问题原因是线程不安全，那么让它线程安全不就好了么！如何做到线程安全？当然是使用synchronized了，于是就有了第二种方案：
2、最慢的线程安全的懒汉模式：
private static Singleton singleton = null;
public static synchronized Singleton backSingletonAction() {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
这种单例的书写方式，由于添加了synchronized关键字，所以线程是安全的，但是也是由于synchronized关键字造成了backSingletonAction加锁的问题，每有一条线程需要访问backSingletonAction时就需要进行锁的竞争，没有竞争到锁的线程需要在锁外部进行等待，等待当前持有锁的线程执行完锁内全部的内容后将锁释放，这样相当于将单例模式中backSingletonAction方法变为了单线程模式，这对于速度是有很大的影响。所以针对这个问题再次进行优化。
3、相对完美版的懒汉模式：
private static Singleton singleton = null;
public static Singleton backSingletonAction() {
if (null == singleton) {
synchronized (Singleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
这种单例的书写模式，针对之前的方法进行的改进，使用了双重检查锁的方式，当多条线程第一时间访问到backSingletonAction方法时，进行第一条if语句的判断，此时由于singleton还未初始化，所以if条件为true，均可进入到if条件中，但是，在进入第一层if条件后的线程将会对synchronized进行竞争，只有一条线程可以竞争到锁并进入，那么为什么在锁中仍然要添加if条件判断呢？那是因为在singleton为初始化时进入第一层if的条件可能过多，所以导致在synchronized关键字竞争中仍有很多线程在第一层if内和synchronized外进行等待，当第一条进入synchronized的线程执行完synchronized内部的代码后，若对后续竞争synchronized的线程不进行if判断还是会造成重复创建的问题。
其实这样看起来就已经可以完成这个懒汉模式的单例了，但是为什么这个模式的单例会被称之为相对完整版的懒汉模式？那是因为这种懒汉模式的单例仍然不够完美，我们还可以对其进行优化。
4、完美版懒汉模式单例：
private static volatile Singleton singleton = null;
public static Singleton backSingletonAction() {
if (null == singleton) {
synchronized (Singleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
为什么说这种写法是完美版的懒汉模式？4和3的区别又在哪里？其实细心地小伙伴已经看出来了，这一版本其实只是在定义singleton的时候加了volatile进行修饰。
volatile作用有两个：
1、禁止指令重排序
2、禁止CPU缓存
而这里使用了volatile，主要是要利用volatile进制指令重排序的功能。
这里可能需要讲一下指令重排序是什么(如果知道的可以将这一部分略过)：
在java程序执行过程中，JVM虚拟机可能会根据代码进行执行顺序的优化，即在不影响运行结果的前提下，下一行的代码可能会优于当前行的代码进行执行，例：
①int a = 0;
②String b = "hello";
③System.out.println(a);
④System.out.println(b);
在执行①和②语句上没有必然联系，b="hello"并不依赖于a=0，所以①和②在执行过程中有可能会被JVM优化而导致先执行②再执行①，但是①和③，②和④之间是有因果关系的，所以JVM不会对①和③，②和④的执行顺序进行改变，当代码执行顺序发生变化时，就是指令重排序。
为什么指令重排序会对3的书写方式造成影响？这又涉及到了JVM创建对象的步骤问题，当JVM创建对象时主要分以下三步：
1）开辟内存空间(new指令)----此时已有内存地址了
2）给对象初始化----只是对象成员变量去初始化默认值
3）将堆空间的内存地址(即引用地址)赋值给栈空间的本地变量表中的引用(reference)
在这三步中2)和3)就有可能发生指令重排序，那么当这种指令重排序发生了，并且很幸运此时，由于时间片的切换，切换到第一步if判断的线程时，会发生什么？此时变量是已经存在引用了，所以null==singleton的判断为false，所以会直接returnsingleton，但是此时的singleton还未初始化默认值，考虑一下接下来会发生的恐怖事情吧。这种情况发生概率极低且不可复现，但是不代表没有。
所以利用volatile进制对singleton的指令重排序，就可以避免这种事情的发生。
5、静态内部类实现懒汉模式单例
private static class SingletonFactory {
private static Singleton singleton = new Singleton();
private SingletonFactory(){};
public static Singleton backSingleton() {
return singleton;
}
}
public static Singleton backSingletonAction() {
return SingletonFactory.backSingleton();
}
静态内部类是利用了，类加载的时候不会加载类的静态内部类，但是会加载其私有静态成员变量的原理实现的，程序启动时，加载单例类，由于SingletonFactory为其静态内部类，所以不会被加载，从而不会加载singleton，当调用backSingletonAction获取单例对象时，则会加载SingletonFactory，在加载SingletonFactory时，由于singleton是SingletonFactory的静态成员变量，所以会加载singleton并初始化。


其实无论是静态内部类还是双重检查锁格式，仍然是有缺陷的，因为这两种书写格式是可能被利用反射或序列化破坏其单例格式，创建出不唯一的对象，如果不想被其他人通过反射或序列化的方式进行破坏，那么可以选用枚举方式来实现单例，枚举由于继承自抽象类ENUM，所以不能通过反射创建，想知道如何通过枚举创建单例模式其实可以再网上找一找，很多。


最后，希望大家无论是在工作中还是在面试时都能取得更好的成绩。

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