本文將探討單例模式的各種情況，并給出相應(yīng)的建議。單例模式應(yīng)該是設(shè)計(jì)模式中比較簡單的一個(gè)，但是在多線程并發(fā)的環(huán)境下使用卻是不那么簡單了。
首先看最原始的單例模式。
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class Singleton {
4
5 private static Singleton instance = null;
6
7 private Singleton() {
8 }
9
10 public static Singleton getInstance() {
11 if (instance == null) {
12 instance = new Singleton();
13 }
14 return instance;
15 }
16 }
17
顯然這個(gè)寫法在單線程環(huán)境下非常好，但是多線程會(huì)導(dǎo)致多個(gè)實(shí)例出現(xiàn)，這個(gè)大家都能理解。
最簡單的改造方式是添加一個(gè)同步鎖。
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class SynchronizedSingleton {
4
5 private static SynchronizedSingleton instance = null;
6
7 private SynchronizedSingleton() {
8 }
9
10 public static synchronized SynchronizedSingleton getInstance() {
11 if (instance == null) {
12 instance = new SynchronizedSingleton();
13 }
14 return instance;
15 }
16 }
17
顯然上面的方法避免了并發(fā)的問題，但是由于我們只是在第一次構(gòu)造對象的時(shí)候才需要同步，以后就不再需要同步，所以這里不可避免的有性能開銷。于是將鎖去掉采用靜態(tài)的屬性來解決同步鎖的問題。
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class StaticSingleton {
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5 private static StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
6
7 private StaticSingleton() {
8 }
9
10 public static StaticSingleton getInstance() {
11 return instance;
12 }
13 }
14
上面的方法既沒有鎖又解決了性能問題，看起來已經(jīng)滿足需求了。但是追求“完美”的程序員想延時(shí)加載對象，希望在第一次獲取的時(shí)候才構(gòu)造對象，于是大家非常聰明的進(jìn)行改造，也即非常出名的雙重檢查鎖機(jī)制出來了。
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class DoubleLockSingleton {
4
5 private static DoubleLockSingleton instance = null;
6
7 private DoubleLockSingleton() {
8 }
9
10 public static DoubleLockSingleton getInstance() {
11 if (instance == null) {
12 synchronized (DoubleLockSingleton.class) {
13 if (instance == null) {
14 instance = new DoubleLockSingleton();
15 }
16 }
17 }
18 return instance;
19 }
20 }
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雙重鎖機(jī)制看起來非常巧妙的避免了上面的問題。但是真的是這樣的嗎？文章《雙重檢查鎖定及單例模式》中談到了非常多演變的雙重鎖機(jī)制帶來的問題，包括比較難以理解的指令重排序機(jī)制等。總之就是雙重檢查鎖機(jī)制仍然對導(dǎo)致錯(cuò)誤問題而不是性能問題。
于是繼續(xù)改造，某個(gè)牛人利用JVM的特性來解決上述問題，具體哪個(gè)牛人我忘記了，但是不是下面文章的作者。
（1）《Java theory and practice: Fixing the Java Memory Model, Part 2》
（2）《Initialize-On-Demand Holder Class and Singletons》
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class HolderSingleton {
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5 private static class HolderSingletonHolder {
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7 static HolderSingleton instance = new HolderSingleton();
8 }
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10 private HolderSingleton() {
11 //maybe throw an Exception when doing something
12 }
13
14 public static HolderSingleton getInstance() {
15 return HolderSingletonHolder.instance;
16 }
17 }
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上述代碼看起來解決了上面單例模式遇到的所有問題，而且實(shí)際上工作的很好，沒有什么問題。但是卻有一個(gè)致命的問題，如果第11行拋出了一個(gè)異常，也就是第一次構(gòu)造函數(shù)失敗將導(dǎo)致永遠(yuǎn)無法再次得到構(gòu)建對象的機(jī)會(huì)。
使用下面的代碼測試下。
1 package xylz.study.singleton;
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3 public class HolderSingletonTest {
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5 private static class HolderSingletonHolder {
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7 static HolderSingletonTest instance = new HolderSingletonTest();
8 }
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10 private static boolean init = false;
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12 private HolderSingletonTest() {
13 //maybe throw an Exception when doing something
14 if(!init) {
15 init=true;
16 throw new RuntimeException("fail");
17 }
18 }
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20 public static HolderSingletonTest getInstance() {
21 return HolderSingletonHolder.instance;
22 }
23 public static void main(String[] args) {
24 for(int i=0;i<3;i++) {
25 try {
26 System.out.println(HolderSingletonTest.getInstance());
27 } catch (Exception e) {
28 System.err.println("one->"+i);
29 e.printStackTrace();
30 }catch(ExceptionInInitializerError err) {
31 System.err.println("two->"+i);
32 err.printStackTrace();
33 }catch(Throwable t) {
34 System.err.println("three->"+i);
35 t.printStackTrace();
36 }
37 }
38 }
39 }
40
很不幸將得到以下輸出：
1 two->0
2 java.lang.ExceptionInInitializerError
3 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.getInstance(HolderSingletonTest.java:21)
4 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.main(HolderSingletonTest.java:26)
5 Caused by: java.lang.RuntimeException: fail
6 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.<init>(HolderSingletonTest.java:16)
7 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.<init>(HolderSingletonTest.java:12)
8 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest$HolderSingletonHolder.<clinit>(HolderSingletonTest.java:7)
9 
2 more
10 three->1
11 java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class xylz.study.singleton.HolderSingletonTest$HolderSingletonHolder
12 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.getInstance(HolderSingletonTest.java:21)
13 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.main(HolderSingletonTest.java:26)
14 three->2
15 java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class xylz.study.singleton.HolderSingletonTest$HolderSingletonHolder
16 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.getInstance(HolderSingletonTest.java:21)
17 at xylz.study.singleton.HolderSingletonTest.main(HolderSingletonTest.java:26)
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很顯然我們想著第一次加載失敗第二次能夠加載成功，非常不幸，JVM一旦加載某個(gè)類失敗將認(rèn)為此類的定義有問題，將來不再加載，這樣就導(dǎo)致我們沒有機(jī)會(huì)再加載。目前看起來沒有辦法避免此問題。如果要使用JVM的類加載特性就必須保證類加載一定正確，否則此問題將比并發(fā)和性能更嚴(yán)重。如果我們的類需要初始話那么就需要想其它辦法避免在構(gòu)造函數(shù)中完成。看起來像是又回到了老地方，難道不是么？
總之，結(jié)論是目前沒有一個(gè)十全十美的單例模式，而大多數(shù)情況下我們只需要滿足我們的需求就行，沒必有特意追求最“完美”解決方案。