Java設計模式——線程安全的單件模式

　　單件模式，也稱單例模式，用以創建獨一無二的、只能有一個實例的對象。

　　單件模式的類圖是所有模式的類圖中最簡單的——只有一個類。儘管從類設計的視角來看單件模式很簡單，但是實現上還是會遇到一些問題，本文著重對這一點來進行分析解決。

　　最簡單的單件模式的實現，代碼如下：

 1 /**
 2  * Created by McBye King on 2016/10/23.
 3  */
 4 public class Singleton {
 5     private static Singleton singleton;
 6     private Singleton(){}
 7     public static Singleton getSingleton(){
 8         if(singleton == null){
 9             singleton = new Singleton();
10         }
11         return singleton;
12     }
13 }

　　結合以上的代碼，對單件模式進行簡單的闡述。

　　單件模式中，利用一個靜態變數來記錄Singleton類的唯一實例。把構造器聲明為私有的，只有自Singleton類內才可以調用構造器。為了實例化這個類，於是調用getSingleton方法，在其中實例化並返回這個實例。這裡還有一個“延遲實例化”的思想，在此處，如果我們不需要這個實例，它就永遠不會產生。當然在實際中可以給這個類添加其他行為。

　　看起來這已經是單件模式的全部了，因為單件模式太簡單了，但是如果細細追究，還有很多問題。

　　想一個問題，如果有兩個或者更多的線程調用使用上述的單例的類，會怎麼樣呢？

　　因為沒有對這個單例的類對外的介面getSingleton()方法進行保護，每一個線程都可以同時調用到這個函數，有可能若幹個線程同時訪問到這個方法，同時進行了if(singleton == null)的判斷，因為是同時的，所以大家看到的都是未曾實例化的singleton，於是緊接著就有若幹個Singleton實例對象出現——這完全違反了單件模式的本意。——如果你說這也太偶然了吧，確實是的，但是確實實際存在的問題，有很大幾率出現重大bug的問題

　　接下來我們考慮怎麼解決這個問題。

　　1、只要把getSingleton()變成同步（synchronized）方法，多線程災難幾乎就可以解決了，如下示例：

/**
 * Created by McBye King on 2016/10/23.
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

　　通過添加synchronized關鍵字到getSingleton()方法中，我們迫使每個線程在進入這個方法之前，要先等候別的線程離開該方法。也就是說不允許兩個線程可以同時進入這個方法。

　　2、添加synchronized方法無疑可以解決同步問題，但是很明顯會降低性能，這又導致了另一個問題。如果可以犧牲性能，也即getSingleton()方法的性能對應用程式影響不大的時候，就用上面的方法沒有錯。否則，就把“延遲實例化”變成“急切”創建實例把。

/**
 * Created by McBye King on 2016/10/23.
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        return singleton;
    }
}

　　在靜態初始化器中創建單件，就保證了線程安全。當然了，這種辦法適用於應用程式總是創建並使用單件實例，或者在創建和運行時方面的負擔不會太重。

　　3、相對更好一點的辦法是：用“雙重檢查加鎖”，在getSingleton()中減少使用同步。

　　來看看代碼：

/**
 * Created by McBye King on 2016/10/23.
 */
public class Singleton {
    private volatile static Singleton singleton;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　在上述代碼的getSingleton()實例化方法中，先檢查實例，如果不存在，就進入同步區塊；且只有第一次才會徹底執行同步區塊中的代碼。

　　其中的volatile關鍵字確保：當singleton變數被初始化成Singleton實例時，多個線程正確地處理singleton變數。

　　如果性能是考慮的重點的話，上述辦法可以幫助大大減少getSingleton()的時間耗費。——前提是在Java 5以及之後的Java版本中。