历史最全单例模式总结

Posted 2021-05-01 码农赵大爷

单例模式是最适合手撕代码的设计模式了，也可能是代码最少的设计模式了，但是少不一定意味着简单，想要用好，用对单例模式，还是需要费一些脑筋的。况且最近在准备面试刷《剑指Offer》时候，发现第一个就是写单例模式，而对单例模式没有一个全局的认识 ，经常看到懒汉式，饿汉
式这种词，今天决定全面梳理一下，加入我的面试题库中，当作标准答案，
背下来 下面对Java中常见的单例模式做一个最全的总结。 一个好的单例一
定满足：线程安全，延迟加载，序列化与反序列化安全
饿汉式：在第一次引用该类的时候就创建对象实例，而不管实际是否需
要创建，但是这样无法延迟加载，所以这种无法满足需求，由此就需要懒汉式： 

public class Singleton { private static Singleton singleton = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getSingleton(){ return singleton; }}

懒汉式：分为单线程写法，考虑线程安全的写法，兼顾安全和效率的写法
单线程写法：由私有构造器和一个公有静态工厂方法构成，在工厂方法中
对singleton进行null判断，如果是null就new一个出来，最后返回singleton
对象，这种方法可以实现延迟加载，但是有一个致命弱点：线程不安全。如果
两个线程同时调用getSingleton()方法，就有很大可能导致重复创建对象，由此引出 考虑线程安全的写法： 

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

考虑线程安全的写法：这种写法考虑到了线程安全，将对singleton的
null判断以及  new的部分使用synchronized进行加锁。虽然这种写法
可以正确运行，但是效率低下，无法实际应用，原因是每次调用
getSingleton()方法，都需要在synchronized这里排队，而真正用到
new的情况是非常少的，所以引出下面的写法 :

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

兼顾安全和效率的写法：运用双重检查锁。在getSingleton()方法中，
进行两次null检查，看似多此一举，实际确极大提高了并发度。为什么
可以提高并发度呢，上文中提到过，在单例中 new的情况是非常少的
，绝大部分都是可以并行的读操作，因此在加锁前多进行一次null检查
，可以杜绝绝大部分的加锁操作，达到提高并发度的目的。这种写法要
注意一点，由于用到了volatile这个关键字的禁止指令重排序语义，而
在JDK1.5及以后，可以保证禁止指令重排序。而在jdk1.5以前的版本，
即使将变量声明为volatile也无法完全避免重排序导致的问题。(这个关
键字有两个作用：1是作用于变量时的可见性，可见性指的是在一个线程
中对该变量的修改会马上由工作内存写回主内存，工作线程是线程独享
的，主内存是线程共享的。2是禁止指令重排序优化。由于现在的cpu都
是多核心的，为了利用好多核性能，提升运行速度，编译器会对指令优
化，在实际执行的时候可能和我们编写的顺序不同，编译器能做的保证
是执行结果与源代码相同，而不保证实际指令的顺序与源代码相同。)

问题1：为什么singleton用private且static修饰？
答：这里用static是因为下面的方法是静态方法，静态方法不能调用非静态变量，所以设为static，
        用private是因为由于对象是static，必须要设置为private，因为若设置成public，就可以直接
        调用对象而不用执行访问入口了
    问题2：为什么构造器是私有的？
    答：因为不想被直接实例化，所以将构造器设为private的
    问题3：getSingleton方法用static的原因？
    答：若不用static，为实例方法，而实例方法必须通过对象调用，但是构造方法是private的，
        无法直接new，所以设置为static，成为一个静态方法 

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

推荐写法:静态内部类法：推荐理由：把singleton实例放到一个静态内
部类中，避免了静态实例在singleton类加载时候就创建对象，并且由于
静态内部类只会被加载一次，所以这种写法也是线程安全的 

 public class Singleton{ private static class Holder{ private static Singleton singleton = new Singleton(); } private Singleton(){} public static Singleton getSingleton(){ return Holder.singleton; }}

上面的所有实现方式，都有两个共同的缺点：  1. 都需要额外的工作
(Serializable,transient,readResolve())来实现序列化，否则每次
反序列化一个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例 2. 可能会有人
使用反射强行调用我们的私有构造器 effective java推荐写法：枚举写法,
理由：线程安全，可以防止反射强行调用构造器，提供了自动序列化机制
，防止反序列化时候创建新的对象。

public enum Singleton{ INSTANCE; private String name; public String getName(){ return name; } public void setName(String name){ this.name = name; }}