切勿踏入单例模式的“雷区”，用好用足，绕坑而行！
2023-07-06 05:36:06
懒汉式单例：一柄双刃剑
懒汉式单例：简单易用，陷阱重重
单例模式是一种创建型设计模式，旨在确保某个类仅有一个实例。它在软件开发中得到了广泛的应用，尤其是在资源有限或需要控制实例数的情况下。懒汉式单例是单例模式最常见的一种实现方式，它在需要时才进行实例化，以节省内存空间和减少启动时间。然而，与任何设计模式一样，懒汉式单例也存在着潜在的陷阱，如果不加以注意，可能会导致意想不到的后果。
一、线程不安全
懒汉式单例最常见的陷阱之一是线程不安全。当多个线程同时访问单例时，可能导致实例化过程出现问题，从而产生多个实例，这显然违背了单例模式的初衷。
代码示例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
当两个线程同时调用 getInstance() 方法时，可能会发生如下情况：
- 线程 A 进入 getInstance() 方法，判断 instance 是否为空，发现为空，于是准备创建实例。
- 线程 B 也进入 getInstance() 方法，同样判断 instance 是否为空，也发现为空，于是准备创建实例。
- 线程 A 创建实例成功，并将其赋值给 instance。
- 线程 B 创建实例成功，并将其赋值给 instance。
最终的结果是，两个线程都创建了 Singleton 的实例，这显然不是我们想要的。
二、指令重排序
懒汉式单例的另一个陷阱是指令重排序。指令重排序是指编译器或处理器对代码指令的执行顺序进行调整，从而提高性能。在某些情况下，指令重排序可能会导致懒汉式单例出现问题。
例如，在 Java 中， instance = new Singleton(); 这行代码实际上包含了三个操作：
- 分配内存空间。
- 初始化实例。
- 将 instance 指向新创建的实例。
如果发生了指令重排序，可能会导致 instance 在初始化完成之前就被指向了新创建的实例，这会导致获取到的实例是一个未初始化的实例。
三、性能问题
懒汉式单例还存在着性能问题。由于懒汉式单例是在需要用到实例时才进行实例化，因此每次调用 getInstance() 方法时，都需要进行一次实例化操作。如果实例化过程比较耗时，那么就会影响程序的性能。
四、避免陷阱的方法
为了避免懒汉式单例的陷阱，我们可以采用以下几种方法：
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使用双重检查锁机制。 双重检查锁机制可以确保在多线程环境下，只创建一次实例。
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使用 volatile。 volatile 可以防止指令重排序，确保 instance 在初始化完成之前不会被指向新创建的实例。
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使用静态内部类。 静态内部类是一种天然的线程安全的单例模式实现方式。
五、常见问题解答
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什么是单例模式？
单例模式是一种创建型设计模式，旨在确保某个类仅有一个实例。
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什么是懒汉式单例？
懒汉式单例是在需要用到实例时才进行实例化的单例模式实现方式。
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懒汉式单例的优势是什么？
懒汉式单例可以节省内存空间和减少启动时间。
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懒汉式单例有哪些潜在的陷阱？
懒汉式单例的潜在陷阱包括线程不安全、指令重排序和性能问题。
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如何避免懒汉式单例的陷阱？
可以使用双重检查锁机制、volatile 关键字或静态内部类来避免懒汉式单例的陷阱。
结论
懒汉式单例是一种简单易用的单例模式实现方式，但它也存在着一些潜在的陷阱。通过了解这些陷阱并采取适当的措施，我们可以确保单例模式的正确使用，避免意想不到的后果。
