一个静态内部类单例引发的思考

2024-04-10 23:27:00

　　tip：学习的一种成长方式就是多思考，由一个点去想到更多方面，多去总结别人好的设计思路，并在自己的工作中去实践。

　　最近在看公司一些项目的代码，看到了使用静态内部类实现的单例写法，于是想到了单例和静态内部类这两个知识点，现在做个总结。

1、单例的实现

　　单例实现有懒汉和饿汉两种方式：

　　饿汉方式：如下

public class Singleton{

    private static final Singleton singleton  = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

　　这种方式就是类加载时就完成了实例化，时间换空间，避免多线程同步问题。

　　懒汉方式：这种方式就是空间换时间，只有第一次使用时实例化，但是会增加很多判断逻辑和线程同步。

　　（1）双重检查实现

public class SingletonClass { 

  private volatile static SingletonClass instance = null; 

  public static SingletonClass getInstance() { 
    if (instance == null) { 
      synchronized (SingletonClass.class) { 
        if(instance == null) { 
          instance = new SingletonClass(); 
        } 
      } 
    } 
    return instance; 
  } 
  private SingletonClass() { 
  } 
}

　　（2）静态内部类实现

public class SingletonClass {

    private static class StaticInnerClass {
        private static final SingletonClass instance = new SingletonClass();
    }

    private SingletonClass() {
    }

    public static SingletonClass getInstance() {
        return StaticInnerClass.instance;
    }

　　（3）其实还有一种缓存的方式实现单例，spring容器的思路

Map<String,SingletonClass> cacheMap = new HashMap<>();

2、双重检查的思考

　　（1）为什么要使用双重检查呢？

　　　　相信很多人第一次看到都会好好思考一番，这两重检查分别是从性能和安全角度考虑的。

　　　　同步块外层检查：这个检查是从性能当面考虑的，如果每次检查都加同步锁，显然性能是很低的，所以加这个检查保证只在第一次实例化时加锁。

　　　　同步块内层检查：这个检查是从安全方面考虑的，例如SingletonClass有一个属性int count = 3，当线程A和B获取对象时同时进入了外层检查，然后线程A拿到了Synchronized锁，实例化了对象并进行了累加操作，此时count=4，然后线程B在线程A释放锁之后获取到了锁权限，但是不管不顾的又进行了一次实例化，此时的singleton被重新实例化，count=3，这就会出问题了。

　　（2）为什么instance要使用volatile修饰

　　　　这就涉及到volatile的原理了（请参考并发总结中的volatile原理篇），这里简单说一下，volatile有一个作用是防止指令重排，new实例化instance时，会经历如下指令过程：

　　　　JVM为了提高执行效率会进行指令顺序优化，如果它认为0->7-> 4这个顺序也没问题，那就会造成所有的初始化都无效了。volatile还有一个重要作用就是内存屏障，所有使用该变量的都去共享内存去获取。所以instance使用volatile修饰是为了保证数据的一致性。

3、静态内部类的思考

　　先说几个类加载的时机：

　　　　使用new指令时若该类未加载则触发；

　　　　反射调用某个类时该类未加载则触发；

　　　　子类加载时若父类未加载则触发；

　　　　程序开始时主方法所在的类会被加载；

　　说完类的加载时机，就要考虑为什么静态内部类能保证线程安全：

　　　　这是因为静态内部类只会加载一次，并且类加载过程是线程安全的。类加载的初始化阶段是单线程的，类变量的赋值语句在编译生成字节码的时候写在函数中，初始化时单线程调用这个完成类变量的赋值。

　　还有一个问题就是为什么外部类加载时静态内部类没有被加载呢？

　　　　《effective java》里面说静态内部类只是刚好写在了另一个类里面，实际上和外部类没什么附属关系，所以二者是独立加载的。

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