1.什么是单例模式
单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式。在程序中多次使用同一个对象且作用相同时,为了防止频繁地创建对象使得内存飙升,单例模式可以让程序仅在内存中创建一个对象,让所有需要调用的地方都共享这一单例对象。
2.单例模式的类型
单例模式有两种类型:
饿汉式:在真正需要使用对象时才去创建该单例模式;
懒汉式:在类加载的时候就已经创建好对象,等待被使用;
饿汉式:
public class Singleton{
private static Singleton singleton;
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null){
synchronized(Singleton.class){
If(singleton ==null){
singleton = new Singleton;
}
}
}
return singleton;
}
}
懒汉式:
public class Singleton{
private static final Singleton singleton = new Singleton();
public static Singleton getInstance(){
return singleton ;
}
}
3.使用volatile防止指令重排
创建一个对象,在JVM中会经过三步:
(1)为singleton对象分配内存空间
(2)初始化singleton对象
(3)将singleton指向分配好的内存空间
指令重排序是指:JVM在保证最终结果正确的情况下,可以不按照程序编码的顺序执行语句,尽可能提高程序的性能
在这三步中,第2、3步有可能会发生指令重排现象,创建对象的顺序变为1-3-2,会导致多个线程获取对象时,有可能线程A创建对象的过程中,执行了1、3步骤,线程B判断singleton已经不为空,获取到未初始化的singleton对象,就会报NPE异常。文字较为晦涩,可以看流程图:

使用volatile关键字可以防止指令重排序,其原理较为复杂,这不打算展开,可以这样理解:使用volatile关键字修饰的变量,可以保证其指令执行的顺序与程序指明的顺序一致,不会发生顺序变换,这样在多线程环境下就不会发生NPE异常了。
volatile还有第二个作用:使用volatile关键字修饰的变量,可以保证其内存可见性,即每一时刻线程读取到该变量的值都是内存中最新的那个值,线程每次操作该变量都需要先读取该变量。
最终的代码如下所示:
public class Singleton {
private static volatile Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) { // 线程A和线程B同时看到singleton = null,如果不为null,则直接返回singleton
synchronized(Singleton.class) { // 线程A或线程B获得该锁进行初始化
if (singleton == null) { // 其中一个线程进入该分支,另外一个线程则不会进入该分支
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
4.总结
(1)单例模式有两种:懒汉式、饿汉式
(2)懒汉式:在需要用到对象时才实例化对象,正确的实现方式是:Double Check + Lock,解决了并发安全和性能低下问题
(3)饿汉式:在类加载时已经创建好该单例对象,在获取单例对象时直接返回对象即可,不会存在并发安全和性能问题。
(4)在开发中如果对内存要求非常高,那么使用懒汉式写法,可以在特定时候才创建该对象;
(5)如果对内存要求不高使用饿汉式写法,因为简单不易出错,且没有任何并发安全和性能问题
(6)为了防止多线程环境下,因为指令重排序导致变量报NPE,需要在单例对象上添加volatile关键字防止指令重排序