你真的理解了java單例模式嗎？講別人都忽略的細節！

努力的老劉發表於2020-12-23
Java單例模式

前言：老劉這篇文章敢做保證，java的單例模式講的比大多數的技術部落格都要好，講述別人技術部落格都沒有的細節！！！

1 java單例模式

直接講實現單例模式的兩種方法：懶漢式和餓漢式，單例模式的概念自己上網搜吧這裡就不講了！

這裡會涉及到java中的jvm，如果你沒有這方面的知識，我建議你先去補補，不然會有點迷糊！

首先說說類什麼時候進行載入？

java虛擬機器沒有進行強制性的約束，但是對於初始化卻嚴格規定了有且只有4種情況必須先對類進行初始化。

我們要知道的是在類載入的過程中，載入、驗證、準備是在初始化之前完成的，所以進行了初始化，載入、驗證、準備自然就在之前完成了。

然後這四種情況是分別遇到 new 、 getstatic 、 putstatic 和 invokestatic 這四條指令時，如果對應的類沒有初始化，則要對對應的類先進行初始化。

講完類載入時機，就可以講懶漢式和餓漢式了。

直接先說說懶漢式為什麼是執行緒不安全的？

先看最開始的程式碼：

public class Student2 {

    //1：構造私有
    private Student2(){}
    //2：定義私有靜態成員變數，先不初始化
    private static Student2 student = null;

    //3：定義公開靜態方法，獲取本身物件
    public static Student2 getSingletonInstance(){
        //沒有物件，再去建立
        if (student == null) {
            student = new Student2();
        }
        //有物件就返回已有物件
        return student;
    }   
}

結合之前講的類載入內容，遇到new或載入靜態方法了就會進行類載入了。

執行緒1它new了一個物件，執行緒2它緊接著也new一個物件，第二個物件的值把第一個物件的值覆蓋了，不管new了多少個物件，都會產生垃圾物件，只有最後一個物件才會保持住，其他物件都會變成不可達物件，被垃圾回收，這個過程就相當於產生了大量無效物件，這就是執行緒不安全的原因！

那為了讓懶漢式變得執行緒安全，我們要怎麼做？

看程式碼：

public class Student4 {

    private volatile static Student4 student = null;
    private Student4() {}

    public static Student4 getSingletonInstance() {
        if (student == null) {//第一個null判斷，是先大範圍過濾一遍
            synchronized (Student4.class) {
                if (student == null) {
                    student = new Student4();
                }
            }
        }
        return student;
    }
}

這個叫雙重檢查鎖DCL，第一個if先大範圍判斷是不是空值，經過synchronized，執行緒1先進去執行完後，執行緒2才能進去，然後第二個if判斷是否完成建立類的例項，執行緒1建立完了，執行緒2就不用建立了。

那為什麼要加volatile關鍵字呢？

因為我們Student student = new Student()的執行過程是：

1、new觸發類載入機制(已經被載入過的類不需要再次載入)

2、分配記憶體空間

3、將物件進行初始化4、講物件引用地址賦值給棧空間中的變數但我們JVM中的JIT即時編輯器會對程式碼的執行過程進行優化，把過程變為1、2、4、3。

這是什麼意思呢？就是未經初始化直接賦值，這樣就是student直接有值了，但整個物件還未初始化完成，所以這個物件是不完整的，是個未成品。在JVM規範中，它是一個根本不能用的物件。

到了這個時候，執行緒1做了這麼多事，我們讓它休息會，給CPU稍微停一下，執行緒2就來了，它就直接得到了物件，但它呼叫物件的方法時，就會報錯。雖然這個物件有值，但還未初始化完成。所以我們要加上volatile關鍵字禁止指令重新排序。

面試重災區說的差不多了，餓漢式還是要講講。

最後就說說餓漢式為什麼沒有執行緒安全問題？​

看程式碼：

public class Student1 {
    // 2：成員變數初始化本身物件
    private static Student1 student = new Student1();
    // 構造私有
    private Student1() {
    }
    // 3：對外提供公共方法獲取物件
    public static Student1 getSingletonInstance() {
        return student;
    }
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println("hello," + name);
    }
}

根據類載入的東西，在多執行緒的條件下，執行緒1先執行getSingletonInstance()時，就會進行類載入，類的靜態資源就會進行初始化。根據JVM安全機制裡說的，當一個類被JVM載入的時候，該類的載入是執行緒安全的，相當於JVM對該過程加鎖了。所以整個過程處於一個鎖的範圍內，然後靜態成員變數進行初始化就相當於Student1()被new了，只會被new一次。

當第二個執行緒進來，它就發現這個類已經被載入了，就不需要進行載入了，物件也不需要頻繁建立，所以執行緒是安全的！

2 總結

老劉看過很多關於java單例模式的資料，多多少少都會缺少一點細節，這次老劉把它補全了。

最後，如果覺得有哪裡寫的不好或者有錯誤的地方，可以聯絡公眾號：努力的老劉，進行交流。

如果覺得寫的不錯，給老劉點個贊！

 

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