单例模式

是什么

创建对象的一种方式，该方式保证用户在程序运行阶段只创建一个该类实例。

做什么、为什么

适用于那些只能单实例的场景

1. 日志收集：这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
2. 各种池管理技术，例如数据库连接池，线程池等；数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
3. 配置文件读取，同日志类似，是共享的资源，保证只有一个实例访问。

如何实现

1. 双重检查锁

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

   • 为什么要双重锁

     • 首先第一层判断，是为了减少线程争抢锁资源的次数，当有线程创建对象成功后，其余线程就不需要进入synchronized代码块了。
     • 第二层判断，是为了保证对象不会重复创建，当线程1还未创建对象成功时，此时线程2进入锁等待，当线程1创建成功后,线程2获取到锁，进入第二层判断，此时，判断不通过，不创建对象。

   • 为什么要加volatile

     • 我们知道 被volatile修饰的变量其内存是可见的，也就是说每个线程所访问的该变量都是从主存内获取的，不存在内存屏障；并且最重要的是防止指令重排序，jvm在加载字节码文件时，会优化相关的指令，从而对指令进行重新排序。加了volatile修饰的变量不会被jvm重新排序。

     • new Singleton()时，实际上jvm执行了三个主要指令 分别为

       1. 为对象分配内存，

       2. 对象初始化,

       3. 将内存地址指向堆中对象

          假设不加volatile修饰，可能会存在下面的场景，线程1创建对象时，jvm将第二步和第三步颠倒过来了，此时线程2进入第一个判断，判断当前对象不为null（对象已经有内存地址了，并且指向了堆中的未进行初始化的对象），返回对象使用，但是此时对象还没有执行第二步初始化，所以会导致线程2使用了一个未初始化对象。

2. 静态内部类持有外部类对象,

   该种情况满足了延迟加载和线程安全

   public class Singleton{
       private  Singleton{}
       
       private static class InnerSingleton{
           private static Singleton singleton = new Singleton()
       }
       
       public static Singleton getInstance(){
           return InnerSingleton.singleton;
       }
   }
   

   延迟加载原理：类在5种情况下会被初始化

   • new对象
   • 反射Class.forName(xxx.class);
   • 调用类的静态变量或者静态方法 （此种情况就是调用getInstance()静态方法才会触发加载）
   • 初始化类时，该类有直接父类，先加载父类
   • 用户指定的具有main方法的类

   线程安全原理：jvm在加载类时，保证了类的cinit方法是同步的，同一时刻，同一类加载器下只有一个线程加载类。

3. 两种方案比较

   静态内部类缺点：不能传参，双重检查锁可以传参

   双重检查锁缺点：加了锁，效率会低点

   结论：当无参数时，使用静态内部类，有参数时选择双重检查锁

知识延伸

synchronized

volatile 关键字

• 防止jvm指令重排序
• 线程见的内存可见性

jvm 类加载机制