面试官真是搞笑!让实现线程安全的单例,又不让使用synchronized!

单例模式，是Java中比较常见的一个设计模式，也是我在面试时经常会问到的一个问题。

经过我的初步统计，基本上有60%左右的人可以说出2-4种单例的实现方式，有40%左右的人可以说出5-6种单例的实现方式，只有20%左右的人能够说出7种单例的实现。
而只有不到1%的人能够说出7种以上的单例实现。
其实，作为面试官，我大多数情况下之所以问单例模式，是因为这个题目可以问到很多知识点。
比如线程安全、类加载机制、synchronized的原理、volatile的原理、指令重排与内存屏障、枚举的实现、反射与单例模式、序列化如何破坏单例、CAS、CAS的ABA问题、Threadlocal等知识。
一般情况下，只需要从单例开始问起，大概就可以完成一场面试的整个流程，把我想问的东西都问完，可以比较全面的了解一个面试者的水平。
以下，是一次面试现场的还原，从单例模式开始：
Q：你知道怎么不使用synchronized和lock实现一个线程安全的单例吗？A：我知道，可以使用"静态内部类"实现。
静态内部类实现单例模式：

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

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

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

以上的静态内部类、饿汉等模式均是通过定义静态的成员变量，以保证单例对象可以在类初始化的过程中被实例化。

这其实是利用了ClassLoader的线程安全机制。ClassLoader的loadClass方法在加载类的时候使用了synchronized关键字。

所以， 除非被重写，这个方法默认在整个装载过程中都是线程安全的。所以在类加载过程中对象的创建也是线程安全的。

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

枚举其实底层是依赖Enum类实现的，这个类的成员变量都是static类型的，并且在静态代码块中实例化的，和饿汉有点像， 所以他天然是线程安全的。

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

CAS的一个重要缺点在于如果忙等待一直执行不成功(一直在死循环中)，会对CPU造成较大的执行开销。

另外，代码中，如果N个线程同时执行到 singleton = new Singleton();的时候，会有大量对象被创建，可能导致内存溢出。

ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。对于多线程资源共享的问题，同步机制(synchronized)采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。

同步机制仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而ThreadLocal为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

public class Singleton {private static final ThreadLocal singleton =new ThreadLocal() {@Overrideprotected Singleton initialValue() {return new Singleton();         }     };public static Singleton getInstance() {return singleton.get();     }
private Singleton() {}}

长按关注，还原真实面试现场