什么是单例模式？

是一种给常见的设计模式，先来他谈谈何为设计模式，在代码领域里，很多程序员的水平参差不齐，于是就有大佬们根据一些常见的需求，整理出来的一些应对办法；那么单例就是指单个实例（对象），也就是说一个类只能有一个实例，例如，在中国，一个男人只能娶一个老婆是一个道理；

单例模式，本质上就是借助变成语言的语法特性，强制限制某个类，不能创建多个实例。

在Java中有些东西是天然的单例，例如static，他可以修饰成员/属性，也就是我们口中熟知的类成员/类属性，实际上这种叫法，也是有一定原因的，也就是这个类特有的成员和属性；更具体的来说，类对象是通过JVM针对某个.class文件只会加载一次，就只有一个类对象，包括类成员，都是靠static修饰，也就只有一份;

饿汉模式

这个模式表示一个类在加载的时候就创建好实例了，“饿汉”一词便体现出创建这个实例是非常急迫，非常早的；

来看看具体代码：

class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    private Singleton(){

    }
}

分析：

用private修饰就是为了防止在类外对Singleton实例进行修改，static修饰保证了这个类无论加载多少次，都可以保证这个实例的创建只被加载一次；这里的instance便是Singleton的唯一实例，在类加载的时候，便已经创建好了

这里便限制了如何拿到instance这个实例——只能通过getInstance这个方法才能拿到这个实例；

将构造方法设置为private，之后在类外，就无法通过new再实例对象了（如下图），所以之后要使用这个唯一的实例，只能通过getInstance方法获得；

懒汉模式

还有一种经典的单例模式叫“懒汉模式”，这里的“懒”是一个褒义词，创建实例来的更迟，但是效率更高；为什么效率更高呢？一般程序刚启动的时候，要初始化的东西有很多，系统资源紧张，所以构造实例这个过程实际上可以往后放放，当这个创建实例的过程晚了，跟其他耗时操作岔开了，初始化效率就高了，速度自然也就跟上了

代码如下：(跟多线程还没扯上关系，不是最优版本)

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

分析：

刚开始是并没有直接创建实例，而是通过赋值null一笔带过，在真正需要实例的时候，通过调用getInstance方法来获取实例，若instance为空的时候，才去创建实例，不为空的时候说明实例已经创建好，直接返回即可

懒汉模式最佳写法：

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

以下将会一步一步分析这样写的原因

懒汉和饿汉，谁线程安全，为什么？

咱们可以先来对比一下双方获取实例的方法：

饿汉模式

这个操作只是单纯的“读操作”，不涉及修改；

懒汉模式

这个操作即设计到读操作（装载，比较），也涉及到修改操作（new，赋值），在多线程情况下，就不安全了；

如下图：（创建对象简化为：NEW，赋值简化为：ASSGIN）

分析（脏读）：线程二在LOAD操作的时候，线程一还没有修改完，线程二读到还是旧数据，导致线程二CMP时，instance依然是null，所以依然可以NEW，最后实例就被创建了多份！而我们的需求是，让线程二读到的数据是线程一修改完后的数据…

如何修改，让懒汉模式也线程安全？

把多个操作打包成一个操作（原子操作）——加锁；

如下代码：（还不是最高效的）

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

分析：

通过这种加锁方式，就保证了线程安全（如下图）

但是有引入了新的问题…

每次都需要先加锁后，再判断是否创建实例，而加锁操作操作的开销实际上还挺大，加锁可能会涉及到用户态->内核态之间的切换，这样的切换成本是很高的，如何解决呢？再来分析一下刚刚的代码：懒汉式代码线程不安全，不是一直线程都不安全，而是在第一次调用的时候才会触发不安全，一旦实例创建好了，就不会有线程不安全问题了，也就是说，加锁操作，只需要在第一次调用的时候加锁即可！所以此时可以再加一个if语句；（如下图，还不是最高效，最后一张图才是）

面试题1：上图中的两个if一模一样，为什么要判断两遍?

第一个if是为了判断是否要加锁，第二个是用来判断是否创建实例，而这两个条件碰巧写法一样，但所表示的意义不同，为什么呢？这两代码中间隔着一个加锁操作，看起来是只隔了一行代码，实际上确隔了孙悟空一个跟头，加锁就可能产生竞争，竞争就会导致阻塞，一旦阻塞，什么时候唤醒就不知道了，所以再个阻塞时间里，一旦线程二创建instance实例，这个时候线程一的第二个if判断就不可省去，也就是说，第二个if和第一个if的结果可能是截然不同的，第一个if成立了，第二个if不一定成立；

面试题2：下图中的volatile有什么用？(懒汉模式完整代码)

解释原因：

假设这样一个场景，俩个线程同时调用getInstance方法，第一个线程拿到了锁，进入第二个if，开始new操作，而这里的new操作实际上是三步操作：

1.申请内存，得到内存的首地址；

2.调用构造方法，来初始化实例；

3.把内存的首地址赋值给instance引用；

这样一个场景之下，可能就会触发指令重排序，例如执行顺序变成了1、3、2 ，再单线程下，3和2是可以相互调换顺序的，没有什么影响，但是在刚刚假设的场景之下调换了3和2的顺序，就有问题了；假设此时触发了指令重排序，按照1、3、2的顺序执行，那么如果线程2在线程1执行了1，3之后（得到了一个空的对象，只分配了内存，数据是无效的），执行2之前，调用了getInstance方法，这时线程2就会进入第一个if，判断instance为非空，就返回了instance，而后续操作一旦涉及到对instance进行访问，就会得到无效数据；这里便是指令重排序带来的问题，要解决这个问题，就需要用到volatile，这个关键字既能保证内存可见性，也能禁止指令重排序，上述代码，就完成了完整的单例模式的懒汉实现