單例，大家肯定都不陌生，這是Java中很重要的一個(gè)設(shè)計(jì)模式。稍微了解一點(diǎn)單例的朋友也都知道實(shí)現(xiàn)單例是要考慮并發(fā)問(wèn)題的，一般情況下，我們都會(huì)使用synchronized來(lái)保證線程安全。

那么，如果有這樣一道面試題：不使用synchronized和lock，如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程安全的單例？你該如何回答？

1：可以使用餓漢模式實(shí)現(xiàn)單例。如：

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

還有部分程序員可以想到餓漢的變種：

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

使用static來(lái)定義靜態(tài)成員變量或靜態(tài)代碼，借助Class的類加載機(jī)制實(shí)現(xiàn)線程安全單例。

除了這種以外，還有其他方式嗎？

除了以上兩種方式，還有一種辦法，就是通過(guò)靜態(tài)內(nèi)部類來(lái)實(shí)現(xiàn)，代碼如下：

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton (){}
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

這種方式相比前面兩種有所優(yōu)化，就是使用了lazy-loading。Singleton類被裝載了，但是instance并沒(méi)有立即初始化。因?yàn)镾ingletonHolder類沒(méi)有被主動(dòng)使用，只有顯示通過(guò)調(diào)用getInstance方法時(shí)，才會(huì)顯示裝載SingletonHolder類，從而實(shí)例化instance。

除了這種以外，還有其他方式嗎？

除了以上方式，還可以使用枚舉的方式，如：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
    }
}

這種方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問(wèn)題，而且還能防止反序列化重新創(chuàng)建新的對(duì)象，可謂是很堅(jiān)強(qiáng)的壁壘。

以上幾種答案，其實(shí)現(xiàn)原理都是利用借助了類加載的時(shí)候初始化單例。即借助了ClassLoader的線程安全機(jī)制。

所謂ClassLoader的線程安全機(jī)制，就是ClassLoader的loadClass方法在加載類的時(shí)候使用了synchronized關(guān)鍵字。也正是因?yàn)檫@樣， 除非被重寫，這個(gè)方法默認(rèn)在整個(gè)裝載過(guò)程中都是同步的，也就是保證了線程安全。

所以，以上各種方法，雖然并沒(méi)有顯示的使用synchronized，但是還是其底層實(shí)現(xiàn)原理還是用到了synchronized。

除了這種以外，還有其他方式嗎？

還可以使用Java并發(fā)包中的Lock實(shí)現(xiàn)

本質(zhì)上還是在使用鎖，不使用鎖的話，有辦法實(shí)現(xiàn)線程安全的單例嗎？

有的，那就是使用CAS。

CAS是項(xiàng)樂(lè)觀鎖技術(shù)，當(dāng)多個(gè)線程嘗試使用CAS同時(shí)更新同一個(gè)變量時(shí)，只有其中一個(gè)線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程并不會(huì)被掛起，而是被告知這次競(jìng)爭(zhēng)中失敗，并可以再次嘗試。實(shí)現(xiàn)單例的方式如下：

public class Singleton {
    private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        for (;;) {
            Singleton singleton = INSTANCE.get();
            if (null != singleton) {
                return singleton;
            }

            singleton = new Singleton();
            if (INSTANCE.compareAndSet(null, singleton)) {
                return singleton;
            }
        }
    }
}

這種方式實(shí)現(xiàn)的單例有啥優(yōu)缺點(diǎn)嗎？

用CAS的好處在于不需要使用傳統(tǒng)的鎖機(jī)制來(lái)保證線程安全,CAS是一種基于忙等待的算法,依賴底層硬件的實(shí)現(xiàn),相對(duì)于鎖它沒(méi)有線程切換和阻塞的額外消耗,可以支持較大的并行度。

CAS的一個(gè)重要缺點(diǎn)在于如果忙等待一直執(zhí)行不成功(一直在死循環(huán)中),會(huì)對(duì)CPU造成較大的執(zhí)行開銷。

另外，如果N個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行到singleton = new Singleton();的時(shí)候，會(huì)有大量對(duì)象創(chuàng)建，很可能導(dǎo)致內(nèi)存溢出。所以，不建議使用這種實(shí)現(xiàn)方式。