扫盲细节，到底该如何正确地写出单例模式？

单例模式算是设计模式中最容易理解，也是最容易手写代码的模式，但是其中的坑却不少，很多都是一些老生常谈的问题，如何创建一个线程安全的单例？什么是双检锁？我们知道单例模式一般分两种，即懒汉式和饿汉式，以下逐一分析。

懒汉式，线程不安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

    public static Singleton getInstance() {
     if (instance == null) {
         instance = new Singleton();
     }
     return instance;
    }
}
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这段代码简单明了，而且使用了懒加载，但是却存在致命的问题。当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候，就会创建多个实例，也就是说在多线程下不能达到仅存在一个实例的效果。

懒汉式，线程安全

为了解决上面的问题，最简单的方法是将getInstance() 方法设为同步（synchronized）。

public static synchronized Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}
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虽然做到了线程安全，解决了多实例的问题，但它并不高效。

双重检验锁模式实现单例

双重检验锁模式是一种使用同步代码块加锁的方法，会有两次检查instance==null，一次在同步块外，一次在同步块内。那为什么在同步块内还要校验一次呢？是因为可能会有多个线程一起进入同步块外的if，如果在同步块内不进行二次校验的话就可能出现多个实例。

 

 

 

public static Singleton getInstance() {
    if (singleton == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (singleton == null) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
    }
    return singleton;
}复制代码

 

很遗憾，以上方式也不是很完美，问题在于singleton = new Singleton()这段代码，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中对这段代码大概做了3 件事：

1. 给singleton分配内存
2. 调用Singleton的构造函数来初始化成员变量
3. 将singleton对象指向分配的内存空间

但是在JVM的即时编译器中存在指令重排序的优化，也就是上面的第二步和第三步的执行顺序得不到保证，最终执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2，如果是后者的话，则3执行完毕且2未执行之前，getInstance()被其他线程调用，这时singleton已经不是null，但却没有初始化直接返回singleton然后使用，此时就会报错。为了解决这个问题，我们需要将singleton声明为volatile就行了。

 

 

 

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}复制代码

 

使用volatile不仅仅是保证线程在本地不会有singleton副本，每次去内存中读取，还有另一个重要特性：禁止指令重排序优化。

饿汉式

这种方式很简单，单例的实例被声明成了static和final，在第一次加载到内存中就会被初始化，所以创建的实例本身是线程安全的。

 

 

 

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

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}复制代码

饿汉式的缺点是它不是懒加载模式，单例会在加载类后一开始就被初始化。且这种模式在某些场景下无法使用，比如Singleton实例的创建时依赖参数或者配置文件，在getInstance()之前必须调用某个方法设置参数。