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单例模式.md

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单例模式

1、饿汉式

public class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        return instance;
    }
}
  • 从代码中我们看到，类的构造函数定义为private的，保证其他类不能实例化此类，然后提供了一个静态实例并返回给调用者。饿汉模式是最简单的一种实现方式，饿汉式在类加载的时候就对实例进行创建，实例在整个程序周期都存在。
  • 它的好处是只在类加载的时候创建一次实例，不会存在多个线程创建多个实例的情况，避免了多线程同步的问题。
  • 它的缺点也很明显，即使这个单例没有用到也会被创建，而且在类加载之后就被创建，内存就被浪费了。
  • 这种实现方式适合单例占用内存比较小，在初始化时就会被用到的情况。但是，如果单例占用的内存比较大，或单例只是在某个特定场景下才会用到，使用饿汉模式就不合适了，这时候就需要用到懒汉式进行延迟加载。

2、懒汉式

public class Singleton{
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        if(null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
  • 好处：懒汉式中单例是在需要的时候才去创建的，如果单例已经创建，再次调用获取接口将不会重新创建新的对象，而是直接返回之前创建的对象。
  • **适用于：**如果某个单例使用的次数少，并且创建单例消耗的资源较多，那么就需要实现单例的按需创建，这个时候使用懒汉式就是一个不错的选择。
  • 缺点：但是这里的懒汉式并没有考虑线程安全问题，在多个线程可能会并发调用它的getInstance()方法，导致创建多个实例，因此需要加锁解决线程同步问题，实现如下:
public class Singleton{   
    private static Singleton instance = null; 
    private Singleton(){}   
    public static synchronized Singleton newInstance(){    
        if(null == instance){  // Single Checked        
            instance = new Singleton();     
        }       
        return instance;   
    }
    //防止反序列化生成多个对象
    //反序列化时，如果定义了reaResolve()则直接返回此方法指定的对象，而不需要单独创建新对象
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return instance;
    }
}

3、双重校验锁

  • 加锁的懒汉式看起来即解决了线程并发问题，又实现了延迟加载，然而它存在着性能问题，依然不够完美。
  • synchronized修饰的同步方法比一般方法要慢很多，如果多次调用getInstance()，累积的性能损耗就比较大了。
  • 因此就有了双重校验锁，先看下它的实现代码。
public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {   // Single Checked
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // Double checked
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
  • 可以看到上面在同步代码块外多了一层instance为空的判断。由于单例对象只需要创建一次，如果后面再次调用getInstance()只需要直接返回单例对象。
  • 因此，大部分情况下，调用getInstance()都不会执行到同步代码块，从而提高了程序性能。
  • 不过还需要考虑一种情况，假如两个线程A、B，A执行了if (instance == null)语句，它会认为单例对象没有创建，此时线程切到B也执行了同样的语句，B也认为单例对象没有创建，然后两个线程依次执行同步代码块，并分别创建了一个单例对象。为了解决这个问题，还需要在同步代码块中增加if (instance == null)语句，也就是上面看到的代码中的校验2。
  • ==双检锁隐患：==

我们看到双重校验锁即实现了延迟加载，又解决了线程并发问题，同时还解决了执行效率问题，是否真的就万无一失了呢？

  • 这里要提到Java中的指令重排优化。所谓指令重排优化是指在不改变原语义的情况下，通过调整指令的执行顺序让程序运行的更快。

  • JVM中并没有规定编译器优化相关的内容，也就是说JVM可以自由的进行指令重排序的优化。

  • 这个问题的关键就在于由于指令重排优化的存在，导致初始化Singleton和将对象地址赋给instance字段的顺序是不确定的。

  • 在某个线程创建单例对象时，在构造方法被调用之前，就为该对象分配了内存空间并将对象的字段设置为默认值。

  • 此时就可以将分配的内存地址赋值给instance字段了，然而该对象可能还没有初始化。若紧接着另外一个线程来调用getInstance，取到的就是状态不正确的对象，程序就会出错。

Java中的volatile 变量是什么？

  1. volatile是一个特殊的修饰符，只有成员变量才能使用它。
  2. 在Java并发程序缺少同步类的情况下，多线程对成员变量的操作对其它线程是透明的。
  3. volatile变量可以保证下一个读取操作会在前一个写操作之后发生。
public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // Single Checked
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // Double checked
                    instance = new Singleton();
                }
 
            }
        }
        return instance;
    }
}

4、静态内部类

  • 除了上面的三种方式，还有另外一种实现单例的方式，通过静态内部类来实现。

  • 首先看一下它的实现代码：

    public class Singleton{   
    private static class SingletonHolder{    
        public static Singleton instance = new Singleton();  
    }    
    private Singleton(){}  
    public static Singleton newInstance(){  
        return SingletonHolder.instance;   
    }
}

  • 这种方式同样利用了类加载机制来保证只创建一个instance实例。它与饿汉模式一样，也是利用了类加载机制，因此不存在多线程并发的问题。

  • 不一样的是，它是在内部类里面去创建对象实例。

  • 这样的话，只要应用中不使用内部类，JVM就不会去加载这个单例类，也就不会创建单例对象，从而实现懒汉式的延迟加载。也就是说这种方式可以同时保证延迟加载和线程安全。

5、枚举

public enum Singleton {
    //定义一个枚举元素，它就代表了Singelton的一个实例
    INSTANCE;
    //添加自己需要的操作
    public void singletonOperation() {}
}

//使用方法
Singleton s = Singleton.INSTANCE; //获得Singleton对象