面试官：说说对单例模式的理解，最后的枚举实现我居然不知

Posted 2021-05-01 Java极客技术

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了面试官：说说对单例模式的理解，最后的枚举实现我居然不知相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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一、介绍

说起单例模式（Singleton Pattern），想必大家都不不会陌生，它是 Java 中最简单的设计模式之一，属于创建型模式的一种，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式的意义在于保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，避免重复的创建对象，节省系统资源。

二、实现思路

创建一个类，将其默认构造方法私有化，使外界不能通过new Object来获取对象实例，同时提供一个对外获取对象唯一实例的方法。

例如，创建一个SingleObject，如下：

public class SingleObject {
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   //获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

从 singleton 类获取唯一的对象

public class SingletonPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //不合法的构造函数
      //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
      //SingleObject object = new SingleObject();
 
      //获取唯一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      //显示消息
      object.showMessage();
   }
}

执行程序，输出结果:

Hello World!

三、单例模式的几种实现方式

3.1、懒汉式，线程不安全(不推荐)

这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class Singleton {  

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

3.2、懒汉式，线程安全(不推荐)

这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

public class Singleton {

    private static Singleton instance;
    
    private Singleton (){}
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

3.3、饿汉式(推荐使用)

这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。优点：没有加锁，执行效率会提高。缺点：类加载时就初始化，浪费内存。它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class Singleton {

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

3.4、双检锁/双重校验锁(推荐使用)

这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class Singleton {  

    private volatile static Singleton singleton;  
    
    private Singleton (){}  
    
    public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return singleton;  
    }  
}

3.5、静态内部类(推荐使用)

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，对静态域使用延迟初始化，但实现更简单。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

public class Singleton {

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

3.6、枚举(推荐使用)

这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。

public enum Singleton { 

    INSTANCE;  
    
    public void doMethod() {
    
    }  
}

四、应用

单例模式在Java中的应用也很多，例如Runtime就是一个典型的例子，源码如下：

public class Runtime {
    
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance 
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object. 
     * 
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() { 
    return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

    ...
}