设计模式之单例模式的预加载和懒加载实现——懒汉模式和饿汉模式以及如何确保线程安全
单例模式
通过单例模式的方法创建的类在当前进程中只有一个实例（根据需要，也有可能一个线程中属于单例，如：仅线程上下文内使用同一个实例）确保一个类中最多只有一个实例，并提供一个全局访问点。即一个类只实例化了一个对象，全局都在使用这一个对象。
单例模式的实现由分成了两种情况，饿汉模式和懒汉模式，又叫预加载和懒加载。
预加载（饿汉模式）
顾名思义，就是预先加载。也就是还没有使用该单例对象，但是，该单例对象就已经被加载到内存了，提前准备好，需要使用的时候直接使用就可以。
public class PreloadSingleton {// 实例属性public static PreloadSingleton instance = new PreloadSingleton();// 构造方法私有，即无法调用该构造方法进行类的实例化private PreloadSingleton(){}// 获取实例public static PreloadSingleton getInstance(){return instance;}
}
从该类的示例中我们可以看到，static修饰的instance对象在类的加载阶段就已经创建好了，我们在使用的时候可以通过PreloadSingleton.instance直接调用使用，也可以通过getInstance()方法获取到该对象。全局的使用只有这一个对象。
该模式即便是该对象未使用，也会创建该对象，将其加载到内存中，虽然在使用的时候能够迅速拿来使用，但是也牺牲了一部分内存空间。
懒加载（懒汉模式）
懒加载其实也叫做延迟加载、按需加载，是指当只有在使用时才进行加载，并不是提前准备好的。
public class Singleton {// 实例属性public static Singleton instance = null;// 构造方法私有，即无法调用该构造方法进行类的实例化private Singleton(){}// 获取实例public static Singleton getInstance(){if (instance == null){instance = new Singleton();}return instance;}
}
从该类的示例中我们可以看到，static修饰的instance对象在类的加载阶段一直没有进行实例化，我们在使用的时候需要通过getInstance()方法进行调用，该方法内部首先判断instance对象是否已经实例化过，如果尚未实例化则实例化以后再返回，如果已经实例化，则返回该对象即可。保证全局只有这一个实例化的对象。
该方式保证了内存空间的使用，即只有在使用该实例对象的时候才会进行创建，不会造成内存的浪费，但是一定程度上也降低了拿取该类的速度。
线程安全
- 预加载只有一条语句return instance,这显然可以保证线程安全，因为其满足了原子性。但是，我们知道预加载会造成内存的浪费。
- 懒加载不浪费内存，但是无法保证线程的安全。首先，if判断以及其内存执行代码是非原子性的。其次，new Singleton()无法保证执行的顺序性。
不满足原子性或者顺序性，线程肯定是不安全的，这是基本的常识，不再赘述。我主要讲一下为什么new Singleton()无法保证顺序性。我们知道创建一个对象分三步:
- 开辟内存
memory = allocate(); - 实例化对象
ctorInstance(memory); - 设置对象引用指向该内存。
instance=memory()
jvm为了提高程序执行性能，会对没有依赖关系的代码进行重排序，上面2和3行代码可能被重新排序。我们用两个线程来说明线程是不安全的。线程A和线程B都创建对象。其中，A2和A3的重排序，将导致线程B在B1处判断出instance不为空，线程B接下来将访问instance引用的对象。此时，线程B将会访问到一个还未初始化的对象（线程不安全）。
| 时间 | 线程A | 线程B |
|---|---|---|
| t1 | A1:分配对象的内存空间 | |
| t2 | A3:设置instance指向内存空间 | |
| t3 | B1:判断instance是否为null | |
| t4 | B2:由于instance不为null，所以访问instance引用所指向的对象 | |
| t5 | A2:初始化对象 | |
| t6 | A4:访问instance引用所指向的对象 |
保证懒加载的线程安全
我们首先想到的就是使用synchronized关键字。synchronized加载getInstace()函数上确实保证了线程的安全。但是，如果要经常的调用getInstance()方法，不管有没有初始化实例，都会唤醒和阻塞线程。为了避免线程的上下文切换消耗大量时间，如果对象已经实例化了，我们没有必要再使用synchronized加锁，直接返回对象。
public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {};public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}
我们把sychronized加在if(instance==null)判断语句里面，保证instance未实例化的时候才加锁
public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {};public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
我们经过之前线程安全的讨论知道new一个对象的代码是无法保证顺序性的，因此，我们需要使用另一个关键字volatile保证对象实例化过程的顺序性。
public class Singleton {private static volatile Singleton instance = null;private Singleton() {};public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (instance) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
到此，我们就保证了懒加载的线程安全。