7种创建方式，带你理解Java的单例模式

本文分享自华为云社区《《Java极简设计模式》第01章：单例模式（Singleton）》，作者：冰 河。

单例设计模式

看几个单例对象的示例代码，其中有些代码是线程安全的，有些则不是线程安全的，需要大家细细品味，这些代码也是在高并发环境下测试验证过的。

• 代码一：SingletonExample1

这个类是懒汉模式，并且是线程不安全的

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 懒汉模式，单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类是线程不安全的

*/

public class SingletonExample1 {

private SingletonExample1(){}

private static SingletonExample1 instance = null;

public static SingletonExample1 getInstance(){

//多个线程同时调用，可能会创建多个对象

if (instance == null){

instance = new SingletonExample1();

}

return instance;

}

}

• 代码二：SingletonExample2

饿汉模式，单例实例在类装载的时候进行创建，是线程安全的

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 饿汉模式，单例实例在类装载的时候进行创建，是线程安全的

*/

public class SingletonExample2 {

private SingletonExample2(){}

private static SingletonExample2 instance = new SingletonExample2();

public static SingletonExample2 getInstance(){

return instance;

}

}

• 代码三：SingletonExample3

懒汉模式，单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类是线程安全的，但是这个写法不推荐

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 懒汉模式，单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类是线程安全的，但是这个写法不推荐

*/

public class SingletonExample3 {

private SingletonExample3(){}

private static SingletonExample3 instance = null;

public static synchronized SingletonExample3 getInstance(){

if (instance == null){

instance = new SingletonExample3();

}

return instance;

}

}

• 代码四：SingletonExample4

懒汉模式（双重锁同步锁单例模式），单例实例在第一次使用的时候进行创建，但是，这个类不是线程安全的！！！！！

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 懒汉模式（双重锁同步锁单例模式）

* 单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类不是线程安全的

*/

public class SingletonExample4 {

private SingletonExample4(){}

private static SingletonExample4 instance = null;

//线程不安全

//当执行instance = new SingletonExample4();这行代码时，CPU会执行如下指令：

//1.memory = allocate() 分配对象的内存空间

//2.ctorInstance() 初始化对象

//3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

//单纯执行以上三步没啥问题，但是在多线程情况下，可能会发生指令重排序。

// 指令重排序对单线程没有影响，单线程下CPU可以按照顺序执行以上三个步骤，但是在多线程下，如果发生了指令重排序，则会打乱上面的三个步骤。

//如果发生了JVM和CPU优化，发生重排序时，可能会按照下面的顺序执行：

//1.memory = allocate() 分配对象的内存空间

//3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

//2.ctorInstance() 初始化对象

//假设目前有两个线程A和B同时执行getInstance()方法，A线程执行到instance = new SingletonExample4(); B线程刚执行到第一个 if (instance == null){处，

//如果按照1.3.2的顺序，假设线程A执行到3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存，此时，线程B判断instance已经有值，就会直接return instance;

//而实际上，线程A还未执行2.ctorInstance() 初始化对象，也就是说线程B拿到的instance对象还未进行初始化，这个未初始化的instance对象一旦被线程B使用，就会出现问题。

public static SingletonExample4 getInstance(){

if (instance == null){

synchronized (SingletonExample4.class){

if(instance == null){

instance = new SingletonExample4();

}

}

}

return instance;

}

}

线程不安全分析如下：

当执行instance = new SingletonExample4();这行代码时，CPU会执行如下指令：

1.memory = allocate() 分配对象的内存空间

2.ctorInstance() 初始化对象

3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

单纯执行以上三步没啥问题，但是在多线程情况下，可能会发生指令重排序。

指令重排序对单线程没有影响，单线程下CPU可以按照顺序执行以上三个步骤，但是在多线程下，如果发生了指令重排序，则会打乱上面的三个步骤。

如果发生了JVM和CPU优化，发生重排序时，可能会按照下面的顺序执行：

1.memory = allocate() 分配对象的内存空间

3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

2.ctorInstance() 初始化对象

假设目前有两个线程A和B同时执行getInstance()方法，A线程执行到instance = new SingletonExample4(); B线程刚执行到第一个 if (instance == null){处，如果按照1.3.2的顺序，假设线程A执行到3.instance = memory 设置instance指向刚分配的内存，此时，线程B判断instance已经有值，就会直接return instance;而实际上，线程A还未执行2.ctorInstance() 初始化对象，也就是说线程B拿到的instance对象还未进行初始化，这个未初始化的instance对象一旦被线程B使用，就会出现问题。

• 代码五:SingletonExample5

懒汉模式（双重锁同步锁单例模式）单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类是线程安全的，使用的是 volatile + 双重检测机制来禁止指令重排达到线程安全

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 懒汉模式（双重锁同步锁单例模式）

* 单例实例在第一次使用的时候进行创建，这个类是线程安全的

*/

public class SingletonExample5 {

private SingletonExample5(){}

//单例对象 volatile + 双重检测机制来禁止指令重排

private volatile static SingletonExample5 instance = null;

public static SingletonExample5 getInstance(){

if (instance == null){

synchronized (SingletonExample5.class){

if(instance == null){

instance = new SingletonExample5();

}

}

}

return instance;

}

}

• 代码六：SingletonExample6

饿汉模式，单例实例在类装载的时候（使用静态代码块）进行创建，是线程安全的

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 饿汉模式，单例实例在类装载的时候进行创建，是线程安全的

*/

public class SingletonExample6 {

private SingletonExample6(){}

private static SingletonExample6 instance = null;

static {

instance = new SingletonExample6();

}

public static SingletonExample6 getInstance(){

return instance;

}

}

• 代码七：SingletonExample7

枚举方式进行实例化，是线程安全的，此种方式也是线程最安全的

package io.binghe.concurrency.example.singleton;

/**

* @author binghe

* @version 1.0.0

* @description 枚举方式进行实例化，是线程安全的，此种方式也是线程最安全的

*/

public class SingletonExample7 {

private SingletonExample7(){}

public static SingletonExample7 getInstance(){

return Singleton.INSTANCE.getInstance();

}

private enum Singleton{

INSTANCE;

private SingletonExample7 singleton;

//JVM保证这个方法绝对只调用一次

Singleton(){

singleton = new SingletonExample7();

}

public SingletonExample7 getInstance(){

return singleton;

}

}

}

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