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从去年开始，Java程序员们换工作面试越来越难，不懂多线程，JVM，mysql，以及一些分布式的组件都不好意思出去面试。
也经常听到身边的同学说身边谁面试题目很简单，自己也会，但是真到自己的时候你能就一个知识点讲的很透彻，并且能够发散思考引出更多的答案吗?
这道手写一个单例模式的笔试题，应该很多程序员老铁都碰到过，刚看到题目的时候可能很惊喜，觉得自己运气真好，但是你真的能够100%做好这道题吗?
请手写一个单例，要求线程安全。
首先给单例下一个定义：在当前进程中，通过单例模式创建的类有且只有一个实例。
单例有如下几个特点：
- 在Java应用中，单例模式能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在
- 构造器必须是私有的，外部类无法通过调用构造器方法创建该实例
- 没有公开的set方法，外部类无法调用set方法创建该实例
- 提供一个公开的get方法获取唯一的这个实例
那单例模式有什么好处呢?
某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销
省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力
系统中某些类，如spring里的controller，控制着处理流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了
好了，单例模式的定义也清楚了，好处也了解了，先看一个饿汉式的写法
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = new Singleton();
- /**
- * 私有构造方法，防止被实例化
- */
- private Singleton(){}
- /**
- * 静态get方法
- */
- public static Singleton getInstance(){
- return instance;
- }
- }
如果面试时提供的是这个答案，那丙丙建议你先回家埋头苦读两个月再出来找工作了，你肯定说这个也太low了，一看就是线程不安全的，方法应该通过synchronized给锁起来，同时创建前先校验一下，改造后写法如下：
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = null;
- /**
- * 私有构造方法，防止被实例化
- */
- private Singleton(){}
- /**
- * 静态get方法
- */
- public static synchronized Singleton getInstance(){
- if(instance == null){
- instance = new Singleton();
- }
- return instance;
- }
- }
这是一种典型的时间换空间的写法，不管三七二十一，每次创建实例时先锁起来，再进行判断，严重降低了系统的处理速度。
有没有更好的处理方式呢?
有，通过双检锁做两次判断，代码如下：
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块
- if(instance == null){
- //同步块，线程安全的创建实例
- synchronized (Singleton.class) {
- //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例
- if(instance == null){
- instance = new Singleton();
- }
- }
- }
- return instance;
- }
- }
将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。
但是，这样就没有问题了吗?
看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。
但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。
这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：
- A、B线程同时进入了第一个if判断
- A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
- 由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员(注意此时JVM没有开始初始化这个实例)，然后A离开了synchronized块。
image-20201212010622553
- B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
- 此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
加上volatile修饰Singleton，再做一次优化：
- public class Singleton {
- private volatile static Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块
- if(instance == null){
- //同步块，线程安全的创建实例
- synchronized (Singleton.class) {
- //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例
- if(instance == null){
- instance = new Singleton();
- }
- }
- }
- return instance;
- }
- }
**通过volatile修饰的变量，不会被线程本地缓存，所有线程对该对象的读写都会第一时间同步到主内存，从而保证多个线程间该对象的准确性 **
volatile的作用
防止指令重排序，因为instance = new Singleton()不是原子操作
保证内存可见
这个是比较完美的写法了，这种方式能够安全的创建唯一的一个实例，又不会对性能有太大的影响。
但是由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高，还有更优的写法吗?
通过静态内部类
- public class Singleton {
- /* 私有构造方法，防止被实例化 */
- private Singleton() {
- }
- /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
- private static class SingletonFactory {
- private static Singleton instance = new Singleton();
- }
- /* 获取实例 */
- public static Singleton getInstance() {
- return SingletonFactory.instance;
- }
- /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
- public Object readResolve() {
- return getInstance();
- }
- }
使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。
这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕， 这样我们就不用担心上面的问题。
同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式。
还有更完美的写法吗,通过枚举：
- public enum Singleton {
- /**
- * 定义一个枚举的元素，它就代表了Singleton的一个实例。
- */
- Instance;
- }
使用枚举来实现单实例控制会更加简洁，而且JVM从根本上提供保障，绝对防止多次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。
