Java單例你所不知道的事，與Volatile關鍵字有染

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如果問一個碼農最先接觸到的設計模式是什么，單例設計模式一定最差也是“之一”。

單例，Singleton，保證內存中只有一份實例對象存在。

問：為什么要有單例？

答：此對象可能會為成千上百的線程所用，當然不希望不希望每次使用都要new一個新的 對象，也可能是使用不多但是初始化需要消耗大量內存，也可能需要消耗大量cpu運算，又可能僅僅是為了為實例內進行數據管理同步。總之，單例只希望初始化 一遍，且唯一存在，在實際開發中所用甚多。

問：單例既然只存在一份成員變量，且外部主要也是調用其方法。為什么不能用static方法和static變量來代替單例呢？

答：static方法和變量理論可行。但是：第一，靜態方法不能實現多態，不能繼承，不符合Java的設計理念；第二，單例不用的時候，因為他是一個對象而存在，可以提供銷毀對象的方法，但是如果用static就永遠留在了內存中。

單例實現：

首先想到的自然是最簡單的實現方式，私有化構造函數，然后將該實例保存為static final，也就是餓漢式

 

public class Singleton {
    private static final Singleton SINGLETON_INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){

    }

    public Singleton getInstance(){
        return SINGLETON_INSTANCE;
    }
}

缺點：類初始化即創建對象，即使沒有想要獲取單例，仍然會初始化該實例對象，占用內存。

然后我們想到的是懶漢式，到需要單例的時候再初始化

 

public class Singleton {
    private static Singleton sSingleton;

    private Singleton(){

    }

    public Singleton getInstance(){
        if(sSingleton == null){
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}

缺點：多線程獲取該單例時，若果t1執行到了class Singleton {  

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

缺點：每次執行getInstance的時候，都會進入同步代碼塊，保證線程同步，但效率低！

繼續，改為double-check lock ,已經快接近真理

 

public class Singleton {
    private static Singleton sSingleton;

    private Singleton(){

    }

    public Singleton getInstance(){
        if(sSingleton == null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(sSingleton == null){
                    sSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sSingleton;
    }
}

保證只有單例為空，才進入同步實例化，實例化一次以后，不會再進入同步鎖，貌似已經完美解決。

故事還沒有完。。。

首先我們要了解一下jvm的內存模型，自己用qq截圖在桌面上截圖，然后用塗鴉工具畫的，畫的丑，湊合看

Java中的內存數據存在主寄存器中。由於cpu的執行效率比內存的讀取效率快很多，所以為了提高效率使用cpu高速緩存，每個線程會對自己線程中用到的變量，在自己的線程緩存內存中留下一個副本，但這樣就可能造成線程的memory和main memory不同步，從而造成臟讀。

好了祭出Volatile關鍵字。volatile，詞典釋意為爆炸的，不穩定的。用該關鍵字修飾一個變量，意在告訴jvm該變量是線程不安全的。首先在當線程需要訪問該變量時，jvm將拒絕該線程memory中保留主memory的duplicate，需要讀寫直接到main memory中讀取，避免臟讀。只需要用Volatile修飾sSingleton就可以了，犧牲了一點效率，安全和性能總是相斥的嘛。

 

public class Singleton {
    private static volatile Singleton sSingleton;

    private Singleton(){

    }

    public Singleton getInstance(){
        if(sSingleton == null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(sSingleton == null){
                    sSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sSingleton;
    }
}

需要注意的是：volatile只能保證多線程讀取的是同一塊內存的數據，所以如果操作必須是原子操作，比如賦值操作是原子操作，但 voilatile int n; n=n+1就不是。如果不是原子操作，就只能乖乖使用syncnized同步鎖了。syncnized線程鎖也可以實現線程安全，他的原理是獲取監視器，然后將thread memory和main memory中數據同步，然后執行代碼塊，最后再將改變寫回main memory，最后釋放監視器，原理不同，更費效率，但是可以保證非原子操作的線程安全。

最后說一句volatile是java1.5加入的，之前貌似是有bug的。