单例模式(饿汉+懒汉)

单例模式

文章目录

单例模式
- 定义
- 饿汉式单例
- - **饿汉式单例需要加volatile关键字吗**
  - 类加载过程
- 懒汉式单列

定义

单例模式(Singleton),保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点

饿汉式单例

饿汉式单例是Java中实现单例模式的一种方式，它在类加载时就完成了实例化，因此是线程安全的。以下是饿汉式单例的Java实现：

public class Singleton {// 创建Singleton类的一个对象private static Singleton instance = new Singleton();/* 让构造函数为private，这样该类就不会被实例化 */private Singleton() {}/* 获取唯一可用的对象 */public static Singleton getInstance() {return instance;}public static void main(String[] args) {Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();System.out.println(singleton1 == singleton2); // 输出：true}
}

将构造函数设为private，防止外部直接通过new Singleton()创建实例。
在类加载时，静态变量instance就已经初始化，所以它是线程安全的。
提供一个公共的静态方法getInstance()，用于获取唯一的实例。
在main方法中，我们创建了两个Singleton实例，由于是同一个实例，所以singleton1和singleton2是相等的

饿汉式单例需要加volatile关键字吗

在饿汉式单例中，通常不需要使用volatile关键字。原因如下：

线程安全性：饿汉式单例在类加载时就完成了实例化，此时类加载是线程安全的。因此，当多个线程同时访问getInstance()方法时，它们看到的instance引用始终指向同一个实例，不需要额外的同步措施。
初始化时机：由于instance在类加载时就已创建，不存在多个线程同时初始化单例的问题，因此不需要volatile来确保内存可见性。
不可变性：instance一旦被初始化，就不会再改变，这满足了不可变对象的特性。对于不可变对象，volatile通常是不必要的。

然而，有一种情况可能需要volatile，那就是如果Singleton类中包含一些动态初始化的属性，这些属性在类加载时可能还没有初始化，那么volatile可以确保所有线程都能看到最新初始化的状态。但这种情况并不常见，因为在饿汉式单例中，通常不推荐有动态初始化的属性。
总结来说，标准的饿汉式单例模式在大多数情况下不需要volatile，因为它已经具备了线程安全性和初始化的原子性。

类加载过程

在Java中，类的加载过程是由类加载器（Class Loader）完成的，包括加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）和初始化（Initialization）。在饿汉式单例模式中，instance的创建发生在初始化阶段，具体步骤如下：

1.加载

类加载器读取字节码文件（.class文件）并将其加载到JVM中。在这个阶段，JVM并不创建类的实例，只是确保类的信息可以被访问。

2.验证

对字节码进行校验，确保它符合Java虚拟机规范，不会对系统造成危害

3.准备

这个阶段，JVM为类的静态字段分配内存，并将其初始化为默认值。对于int类型，如instance，默认值是0。但是，instance在这里并不会被实例化，因为它的类型是引用，所以默认值是null。

4.解析

类的符号引用（如方法名、字段名）被转换为直接引用，这使得JVM可以直接访问这些实体。

5.初始化

这是关键步骤，对于饿汉式单例，初始化时会执行类的静态初始化块（如果有的话）。在饿汉式单例中，instance的初始化就发生在这一阶段。由于instance的初始化表达式new Singleton()是一个静态初始化动作，它会在类初始化时执行，确保instance被创建并赋值为Singleton类的新实例。由于类加载是线程安全的，所以这个过程也是线程安全的。

6.后续使用

当其他代码通过Singleton.getInstance()方法请求单例时，由于instance已经在初始化阶段创建，所以直接返回这个已经存在的实例，无需再次创建。

由于类的初始化（包括静态字段的初始化）是线程安全的，饿汉式单例在类加载时创建的实例对所有线程都是可见的，因此它是线程安全的单例实现。

懒汉式单列

懒汉式单例是指在第一次调用获取实例的方法时才创建单例对象，这是一种延迟加载的方式。为了保证线程安全，可以采用同步锁或双重检查锁定（Double-Checked Locking）的方式来实现。下面是使用双重检查锁定的懒汉式单例的Java实现示例：

public class Singleton {// 使用volatile关键字确保多线程环境下的可见性和禁止指令重排序private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {// 第一次检查：如果instance不为null，直接返回实例，避免同步if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {// 第二次检查：进入同步块后再次检查，以防多线程下重复创建if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}public static void main(String[] args) {Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();System.out.println(singleton1 == singleton2); // 输出：true}
}

instance声明为volatile，这是为了确保当instance被初始化成Singleton实例之后，其他线程能够立即看到这个变化，同时也能防止指令重排序带来的问题。
getInstance()方法中首先进行非空检查，如果instance不为null，则直接返回，避免了每次调用都进行同步操作的开销
只有当instance为null时，才会进入同步块，这是第二次检查，确保在只有一个线程能够执行到创建实例的代码，从而保证了线程安全。
使用Singleton.class作为同步锁，这是因为类加载器保证了每个类只加载一次，因此对应的.class对象在JVM中也是唯一的，可以安全地作为锁对象。