单例模式，这个面试题真那么简单吗？

Posted 2021-05-01 ConstXiong

今天整理 Java 面试题，看到了单例模式，本以为这还不简单嘛。但要透彻地理解单例的实现，还真不简单。

下面是我整理的单例模式的概念、作用、特点、应用场景、饿汉和懒汉的区别、线程安全和实现代码。

单例模式：

一个类只允许创建一个实例对象，并提供访问其唯一的对象的方式。这个类就是一个单例类，这种设计模式叫单例模式。

作用：

避免频繁创建和销毁系统全局使用的对象。

单例模式的特点：

• 单例类只能有一个实例

• 单例类必须自己创建自己的唯一实例

• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例的访问

应用场景：

• 全局唯一类，如 系统配置类、系统硬件资源访问类

• 序列号生成器

• Web 计数器

饿汉式与懒汉式的区别：

• 饿汉式是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证 getInstance() 方法被调用时，单例已经初始化完成，可以直接使用。

• 懒汉式比较懒，只有当被调用 getInstance() 方法时，才会去初始化这个单例。

线程安全性问题：

饿汉式，在被调用 getInstance() 方法时，单例已经由 jvm 加载初始化完成，所以并发访问 getInstance() 方法返回的都是同一实例对象，线程安全。

懒汉式，要保证线程安全，可以有以下几种方式：

• 给静态 getInstance() 方法加锁，性能差

• getInstance() 方法双重检查给类加锁后创建对象(以上两种低版本 JDK，由于指令重排，需要加 volatile 关键字，否则创建出多个对象；JDK 1.5 内存模型加强后解决了对象 new 操作和初始化操作的原子性问题)

• 通过静态内部类实现

• 通过枚举实现

示例代码：

1、饿汉式

package constxiong.interview;/** * 单例模式 饿汉式 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {
 private static final TestSingleton instance = new TestSingleton();
 private TestSingleton() { }
 public static TestSingleton getInstance() { return instance; }
}

2、懒汉式：线程不安全

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-线程不安全 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {
 private static TestSingleton instance;
 private TestSingleton() { }
 public static TestSingleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new TestSingleton(); } return instance; }
}

3、懒汉式：getInstance() 方法加锁，线程安全，性能差

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-加锁 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {
 private static volatile TestSingleton instance;
 private TestSingleton() { }
 public static synchronized TestSingleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new TestSingleton(); } return instance; }
}

4、懒汉式：双重检查 + 对类加锁

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-双重检查 + 对类加锁 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {
 private static volatile TestSingleton instance;
 private TestSingleton() { }
 public static TestSingleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (TestSingleton.class) { if (instance == null) { instance = new TestSingleton(); } } } return instance; }
}

5、懒汉式：静态内部类

package constxiong.interview;
/** * 单例模式 懒汉式-静态内部类 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {
 private static class SingletonHolder { private static final TestSingleton instance = new TestSingleton(); }
 private TestSingleton() { }
 public static TestSingleton getInstance() { return SingletonHolder.instance; }
}

6、懒汉式：枚举

package constxiong.interview;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/** * 单例模式 懒汉式-枚举，id生成器 * @author ConstXiong */public enum TestSingleton { INSTANCE; private AtomicLong id = new AtomicLong(0); public long getId() { return id.incrementAndGet(); }}

单例实现方式的选择建议：

• 没有特殊要求，建议使用 1、饿汉式，提前初始化好对象，虽然提前占用内存资源和提前了初始化的时间，但避免了懒加载过程中程序出现内存不够、超时等问题，符合 fail-fast 原则
• 明确要求懒加载，可以使用 5、静态内部类的方式
• 有其他特殊要求，使用 4、双重检查 + 对类加锁的方法

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最近又开始刷题了，这次主攻：jvm、设计模式、算法、微服务。

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