DCL单例模式中的缺陷及单例模式的其他实现

　　DCL：Double Check Lock ，意为双重检查锁。在单例模式中懒汉式中可以使用DCL来保证程序执行的效率。

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo singletonDemo = null;
    private SingletonDemo(){
    }

    public SingletonDemo getSingletonDemo(){
        if(singletonDemo == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if(singletonDemo == null){
                    singletonDemo = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return singletonDemo;
    }
}

上面是传统的DCL单例模式一种实现，第一个空值判断是为了避免实例属性已经实例化赋值后，后面的线程依然进入 synchronized 修饰的代码块，进行加锁、解锁，造成效率低下；第二个空值判断是为了避免实例属性已经赋值后，等待队列中的线程重复执行对象创建与赋值。而DCL可以保证多线程下只会进行一次对象初始化。但是这样的代码还是会有缺陷。

 

缺陷

指令集

　　让我们单独写一个对象创建方法，看一下这个操作对应的指令集是什么

public void aa(){
        singletonDemo = new SingletonDemo();
    }

　　 先对这个类进行编译，然后使用idea 的 jclasslib插件对这个类进行查看，指令集如下：

　　

 指令分别是 new 、dup、invokespecial、putstatic，最后return返回，这里dup是复制操作，也就是对栈顶的元素复制一份，这里可以忽略不看。所以关键的指令是三个，1、new（实例化，对对象进行声明，分配地址），2、invokespecial（初始化，调用构造方法，进行属性赋值），3、putstatic（将这个对象赋值给属性singletonDemo)。

 

指令重排

　　单线程下存在着指令重排，什么是指令重排，比如说代码 x=1; y=1; x++; y++; y=x+y; JVM在加载时可能先加载到 y，那么它不会再去等待x加载，直接去执行 y++  ，这样就提高了运算效率，这种代码冲排序就是指令重排。但同时指令重排也不是随意的重排，它会遵守数据依赖性，比如虽然先加载了y，执行了 y++ ,也加载了 x，但是并不会接着去执行 y=x+y;因为右边操作的y 在前面的 y++修改了值，所以产生了对y++数据依赖，JVM并不会允许这样的指令重排（其实这个例子里的x++,y++指令会划分为三步，这里只需要知道表达的意思就可以了）。但是在多线程下数据依赖性就不能保证线程安全问题了。

 

　　回到前面的对象创建的指令集，2和3因为不存在数据依赖所以可能发生指令重排（3只是将对象地址赋值给变量，所以并不会与2存在数据依赖），所以在多线程下，可能线程1在执行new指令后直接执行指令3，线程2就执行到第7行第一个非空判断了，此时因为对象地址分配了，所以判断是非空，直接return，但是此时还没有执行初始化指令，所以该对象只是分配了空间还没有创建完对象，导致这个方法还是返回了一个null值（这个null值表示的是该位置的对象实际是获取不到的但是判断是非空的）。

 

解决

　　volatile 关键字可以禁止指令重排和保证可见性，但是由于不能保证原子性，所以在这里还是需要配合 synchronized 来使用。关于volatile在多线程基础里面说到了，所以这里最终的代码是:

public class SingletonDemo {
    private volatile static SingletonDemo singletonDemo = null;
    private SingletonDemo(){
    }

    public SingletonDemo getSingletonDemo(){
        if(singletonDemo == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if(singletonDemo == null){
                    singletonDemo = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return singletonDemo;
    }
}

　　

补充

　　单例模式的其他实现：

饿汉式

　　由于饿汉式是类加载时就会将对象实例创建赋值完成，所以在多线程下也是安全的，所以它的优点是不存在线程安全问题，缺点是没有延迟加载的优势，比如这个单例模式对象是一开始就加载好的，但是整个程序执行过程中过了很久才用上，那么从类被加载时就创建在堆中，一直到被用上，在堆中是一直占用空间的，如果存在多个饿汉式的单例类，就无形提高了GC发生的次数。降低程序的性能。

1、直接实例化饿汉式

public class Singleton1 {
    private static final Singleton1 INSTANCE=new Singleton1();
    
    private Singleton1() {
    }
    public static Singleton1 getSingleton() {
        return INSTANCE;
    }
}

特点：简单直接　　 

 

2、枚举式饿汉式

public enum Singleton12 {
    INSTANCE;
    public void aa() {            //要调用的方法
    }
}

特点：最简洁

 

3、静态代码块饿汉式

public class Singleton13 {
    private static final Singleton13 INSTANCE;
    static {
        INSTANCE=new Singleton13();
    }
    public static Singleton13 getSingleton() {
        return INSTANCE;
    }
}

特点：可以在类初始化时增加其他操作

 

懒汉式

　　懒汉式单例模式就是直到调用方法去获取对象时才会创建对象，会有线程安全问题，所以更为复杂，但是因为是延迟加载，所以会有延迟加载的优势。

1、DCL懒汉式

　　代码如上。

 

2、静态内部类懒汉式

public class Singleton22 {
    private Singleton22() {
        
    }
    
    private static class Inner{
        private static final Singleton22 INSTANCE=new Singleton22();
    }
    
    public static Singleton22 getInstance() {
        return Inner.INSTANCE;
    }
}

相比于DCL懒汉式更加简单，同时也没有加锁解锁操作，更加高效。