單例模式
Java內(nèi)存模型的抽象示意圖:
所有單例模式都有一個(gè)共性，那就是這個(gè)類沒有自己的狀態(tài)。也就是說無(wú)論這個(gè)類有多少個(gè)實(shí)例，都是一樣的；然后除此者外更重要的是，這個(gè)類如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)例的話程序會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
非線程安全的模式
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton(){
} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) //1：A線程執(zhí)行
instance = new Singleton(); //2：B線程執(zhí)行
return instance;
}
}普通加鎖
public class SafeLazyInitialization { private static Singleton instance; public synchronized static Singleton getInstance() { if (instance == null)
instance = new Singleton(); return instance;
}
}出于性能考慮，采用雙重檢查加鎖的模式
雙重檢查加鎖模式
public class Singleton{ private static Singleton singleton; private Singleton(){
} public static Singleton getInstance(){ if(null == singleton){ //第一次檢查
synchronized(Singleton.class){ //加鎖
if(null == singleton){ //第二次檢查
singleton = new Singleton();//問題的根源出在這里
}
}
} return singleton;
}
}雙重檢查加鎖模式相對(duì)于普通的單例和加鎖模式而言，從性能和線程安全上來(lái)說都有很大的提升和保障。然而雙重檢查加鎖模式也存在一些隱蔽不易被發(fā)現(xiàn)的問題。首先我們要明白在JVM創(chuàng)建新的對(duì)象時(shí)，主要要經(jīng)過三個(gè)步驟。
分配內(nèi)存
初始化構(gòu)造器
將對(duì)象指向分配的內(nèi)存地址
這樣的順序在雙重加鎖模式下是么有問題的，對(duì)象在初始化完成之后再把內(nèi)存地址指向?qū)ο蟆?/p>
問題的根源
但是現(xiàn)代的JVM為了追求執(zhí)行效率會(huì)針對(duì)字節(jié)碼（編譯器級(jí)別）以及指令和內(nèi)存系統(tǒng)重排序（處理器重排序）進(jìn)行調(diào)優(yōu)，這樣的話就有可能(注意是有可能)導(dǎo)致2和3的順序是相反的，一旦出現(xiàn)這樣的情況問題就來(lái)了。
java源代碼到最終實(shí)際執(zhí)行的指令序列:
前面的雙重檢查鎖定示例代碼的（instance = new Singleton();）創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。這一行代碼可以分解為如下的三行偽代碼：
memory = allocate(); //1：分配對(duì)象的內(nèi)存空間ctorInstance(memory); //2：初始化對(duì)象instance = memory; //3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
上面三行偽代碼中的2和3之間，可能會(huì)被重排序（在一些JIT編譯器上，這種重排序是真實(shí)發(fā)生的，詳情見參考文獻(xiàn)1的“Out-of-order writes”部分）。2和3之間重排序之后的執(zhí)行時(shí)序如下：
memory = allocate(); //1：分配對(duì)象的內(nèi)存空間instance = memory; //3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址 //注意，此時(shí)對(duì)象還沒有被初始化！ctorInstance(memory); //2：初始化對(duì)象
多線程并發(fā)執(zhí)行的時(shí)候的情況:
解決方案
基于Volatile的解決方案
先來(lái)說說Volatile這個(gè)關(guān)鍵字的含義：
可以很好地解決可見性問題
但不能確保原子性問題（通過
synchronized進(jìn)行解決）禁止指令的重排序（單例主要用到此JVM規(guī)范）
Volatile 雙重檢查加鎖模式
public class Singleton{ private volatile static Singleton singleton; private Singleton(){
} public static Singleton getInstance(){ if(null == singleton){ synchronized(Singleton.class){ if(null == singleton){
singleton = new Singleton();
}
}
} return singleton;
}
}基于類初始化的解決方案
利用靜態(tài)內(nèi)部類的方式來(lái)創(chuàng)建，因?yàn)殪o態(tài)屬性由JVM確保第一次初始化時(shí)創(chuàng)建，因此也不用擔(dān)心并發(fā)的問題出現(xiàn)。當(dāng)初始化進(jìn)行到一半的時(shí)候，別的線程是無(wú)法使用的，因?yàn)镴VM會(huì)幫我們強(qiáng)行同步這個(gè)過程。另外由于靜態(tài)變量只初始化一次，所以singleton仍然是單例的。
這個(gè)方案的實(shí)質(zhì)是：允許“問題的根源”的三行偽代碼中的2和3重排序，但不允許非構(gòu)造線程（這里指線程B）“看到”這個(gè)重排序。
靜態(tài)內(nèi)部類的方式
public class Singleton{ private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return InnerClassSingleton.singleton;
} private class InnerClassSingleton{ protected static Singleton singleton = new Singleton();
}
}然而，雖然靜態(tài)內(nèi)部類模式可以很好地避免并發(fā)創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例的問題，但這種方式仍然有其存在的隱患。
存在的隱患
一旦一個(gè)實(shí)例被持久化后重新生成的實(shí)例仍然有可能是不唯一的。
由于java提供了反射機(jī)制，通過反射機(jī)制仍然有可能生成多個(gè)實(shí)例。
序列化和反序列化帶來(lái)的問題：反序列化后兩個(gè)實(shí)例不一致了。
private static void singleSerializable() { try (FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream(new File("myObjectFilee.txt"));
ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(fileOutputStream);) {// SingletonObject singletonObject = SingletonObject.getInstance();// InnerClassSingleton singletonObject = InnerClassSingleton.getInstance();
EnumSingleton singletonObject = EnumSingleton.INSTANCE;
objectOutputStream.writeObject(singletonObject);
objectOutputStream.close();
fileOutputStream.close();
System.out.println(singletonObject.hashCode());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} try (FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(new File("myObjectFilee.txt"));
ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(fileInputStream);) {// SingletonObject singleTest=(SingletonObject) objectInputStream.readObject();// InnerClassSingleton singleTest=(InnerClassSingleton) objectInputStream.readObject();
EnumSingleton singleTest=(EnumSingleton) objectInputStream.readObject();
objectInputStream.close();
fileInputStream.close();
System.out.println(singleTest.hashCode());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}問題點(diǎn)及解決辦法
ObjectInputStream中的readOrdinaryObject。
if (obj != null &&
handles.lookupException(passHandle) == null &&
desc.hasReadResolveMethod())
{ Object rep = desc.invokeReadResolve(obj); if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
rep = cloneArray(rep);
} if (rep != obj) {
handles.setObject(passHandle, obj = rep);
}
}調(diào)用自定義的readResolve方法
protected Object readResolve(){
System.out.println("調(diào)用了readResolve方法！"); return InnerClassSingleton.getInstance();
}通過反射機(jī)制獲取到兩個(gè)不同的實(shí)例
private static void attack() { try {
Class<?> classType = InnerClassSingleton.class;
Constructor<?> constructor = classType.getDeclaredConstructor(null);
constructor.setAccessible(true);
InnerClassSingleton singleton = (InnerClassSingleton) constructor.newInstance();
InnerClassSingleton singleton2 = InnerClassSingleton.getInstance();
System.out.println(singleton == singleton2); //false
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}解決方案 : 私有構(gòu)造方法中進(jìn)行添加標(biāo)志判斷。
private InnerClassSingleton() {
synchronized (InnerClassSingleton.class) { if (false == flag) {
flag = !flag;
} else { throw new RuntimeException("單例模式正在被攻擊");
}
}
}單例最優(yōu)方案，枚舉的方式
枚舉實(shí)現(xiàn)單例的優(yōu)勢(shì)
自由序列化；
保證只有一個(gè)實(shí)例（即使使用反射機(jī)制也無(wú)法多次實(shí)例化一個(gè)枚舉量）；
線程安全；
public enum Singleton {
INSTANCE; private Singleton(){}
}Hibernate的解決方案
通過ThreadLocal的方式
import org.hibernate.HibernateException;import org.hibernate.Session;import org.hibernate.cfg.Configuration;public class HibernateSessionFactory { private static String CONFIG_FILE_LOCATION = "/hibernate.cfg.xml"; private static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal(); private static Configuration configuration = new Configuration(); private static org.hibernate.SessionFactory sessionFactory; private static String configFile = CONFIG_FILE_LOCATION; static { try {
configuration.configure(configFile);
sessionFactory = configuration.buildSessionFactory();
} catch (Exception e) {
System.err.println("%%%% Error Creating SessionFactory %%%%");
e.printStackTrace();
}
} private HibernateSessionFactory() {
} public static Session getSession() throws HibernateException {
Session session = (Session) threadLocal.get(); if (session == null || !session.isOpen()) { if (sessionFactory == null) {
rebuildSessionFactory();
}
session = (sessionFactory != null) ? essionFactory.openSession() : null;
threadLocal.set(session);
} return session;
}// Other methods...}參考文檔：
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