单例模式你会几种写法？

Posted 2021-05-01 Java3y

前言

只有光头才能变强

回顾前面：

本来打算没那么快更新的，这阵子在刷Spring的书籍。在看Spring的时候又经常会看到“单例”，“工厂”这些字样。

所以，就先来说说单例和工厂设计模式啦，这两种模式也是很常见的，我看很多面经都会遇到这两种模式~

本文主要讲解单例设计模式，如果有错的地方希望能多多包涵，并不吝在评论区指正！

一、单例模式概述

单例模式定义很简单：一个类中能创建一个实例，所以称之为单例！

那我们什么时候会用到单例模式呢？？

• 那我们想想既然一个类中只能创建一个实例了，那么可以说这是跟类的状态与对象无关的了。

• 频繁创建对象、管理对象是一件耗费资源的事，我们只需要创建一个对象来用就足够了！

学过Java Web的同学可能就知道：

• Servlet是单例的

• Struts2是多例的

• SpringMVC是单例的

那既然多例是频繁创建对象、需要管理对象的，那Struts2为什么要多例呢？？

• 主要由于设计层面上的问题，Struts2是基于Filter拦截类的，ognl引擎对变量是注入的。所以它要设计成多例的~

能使用一个对象来做就不用实例化多个对象！这就能减少我们空间和内存的开销~

那有可能有的人又会想了：我们使用静态类.doSomething()和使用单例对象调用方法的效果是一样的啊。

• 没错，效果就是一样的。使用静态类.doSomething()体现的是基于对象，而使用单例设计模式体现的是面向对象。

二、编写单例模式的代码

编写单例模式的代码其实很简单，就分了三步：

• 将构造函数私有化

• 在类的内部创建实例

• 提供获取唯一实例的方法

2.1饿汉式

根据上面的步骤，我们就可以轻松完成创建单例对象了。

public class Java3y {

    // 1.将构造函数私有化，不可以通过new的方式来创建对象
    private Java3y(){}

    // 2.在类的内部创建自行实例
    private static Java3y java3y = new Java3y();

    // 3.提供获取唯一实例的方法
    public static Student getJava3y() {
        return java3y;
    }
}

这种代码我们称之为：“饿汉式”：

• 一上来就创建对象了，如果该实例从始至终都没被使用过，则会造成内存浪费。

2.2简单懒汉式

既然说一上来就创建对象，如果没有用过会造成内存浪费：

• 那么我们就设计用到的时候再创建对象！

public class Java3y {

    // 1.将构造函数私有化，不可以通过new的方式来创建对象
    private Java3y(){}

    // 2.1先不创建对象，等用到的时候再创建
    private static Java3y java3y = null;

    // 2.1调用到这个方法了，证明是要被用到的了
    public static Java3y getJava3y() {

        // 3. 如果这个对象引用为null，我们就创建并返回出去
        if (java3y == null) {
            java3y = new Java3y();
        }

        return java3y;
    }
}

上面的代码行不行？？在单线程环境下是行的，在多线程环境下就不行了！

• 如果不知道为啥在多线程环境下不行的同学可参考我之前的博文：

要解决也很简单，我们只要加锁就行了：

2.3双重检测机制(DCL)懒汉式

上面那种直接在方法上加锁的方式其实不够好，因为在方法上加了内置锁在多线程环境下性能会比较低下，所以我们可以将锁的范围缩小。

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;


    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {
            // 将锁的范围缩小，提高性能
            synchronized (Java3y.class) {
                java3y = new Java3y();
            }
        }
        return java3y;
    }
}

那上面的代码可行吗？？不行，因为虽然加了锁，但还是有可能创建出两个对象出来的：

• 线程A和线程B同时调用getJava3y()方法，他们同时判断java==null，得出的结果都是为null，所以进入了if代码块了

• 此时线程A得到CPU的控制权-->进入同步代码块-->创建对象-->返回对象

• 线程A完成了以后，此时线程B得到了CPU的控制权。同样是-->进入同步代码块-->创建对象-->返回对象

• 很明显的是：Java3y类返回了不止一个实例！所以上面的代码是不行的！

有的同学可能觉得我瞎吹比，明明加锁了还不行？我们来测试一下：

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 线程A
        new Thread(() -> {

            // 创建单例对象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);

        }).start();

        // 线程B
        new Thread(() -> {
            // 创建单例对象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

        // 线程C
        new Thread(() -> {
            // 创建单例对象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

    }
}

可以看到，打印出的对象不单单只有一个的！

厉害的程序员又想到了：进入同步代码块时再判断一下对象是否存在就稳了吧！

• 所以，有了下面的代码

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 将锁的范围缩小，提高性能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判断一次是否为null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

其实还不稳！这里会有重排序的问题：

本来想测试重排序问题的效果的，一直没测试出来~~~有相关测试代码的希望可以告诉我怎么能测出来….

要解决也十分简单，加上我们的volatile关键字就可以了，volatile有内存屏障的功能！

具体可参考资料：

• https://www.zhihu.com/question/35268028----双重检查锁失效是因为对象的初始化并非原子操作？

• http://ifeve.com/doublecheckedlocking/---有关“双重检查锁定失效”的说明

• https://my.oschina.net/u/866190/blog/205454----正确使用双重检查锁(DCL)

所以说，完整的DCL代码是这样子的：

public class Java3y {
    private Java3y() {
    }

    private static volatile Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 将锁的范围缩小，提高性能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判断一次是否为null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

再说明：

2.4静态内部类懒汉式

还可以使用静态内部类这种巧妙的方式来实现单例模式！它的原理是这样的：

• 当任何一个线程第一次调用getInstance()时，都会使SingletonHolder被加载和被初始化，此时静态初始化器将执行Singleton的初始化操作。(被调用时才进行初始化！)

• 初始化静态数据时，Java提供了的线程安全性保证。(所以不需要任何的同步)

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    // 使用内部类的方式来实现懒加载
    private static class LazyHolder {
        // 创建单例对象
        private static final Java3y INSTANCE = new Java3y();
    }


    // 获取对象
    public static final Java3y getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }

}

静态内部类这种方式是非常推荐使用的！很多人没接触过单例模式的都不知道有这种写法，这种写法很优化也高效！

参考资料：

• https://www.zhihu.com/question/35454510/answer/62829602----java 单例模式通过内部静态类的方式？

2.5枚举方式实现

使用枚举就非常简单了：

public enum Java3y3y {

    JAVA_3_Y_3_Y,
}

那这种有啥好处？？枚举的方式实现：

• 简单，直接写就行了

• 防止多次实例化，即使是在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候(安全)！

这种也较为推荐使用！

三、总结

总的来说单例模式写法有5种：

• 饿汉式

• 简单懒汉式(在方法加锁)

• DCL双重检测加锁(进阶懒汉式)

• 静态内部类实现懒汉式(最推荐写法)

• 枚举方式(最安全、简洁写法)

明天估计写的是工厂模式了，敬请期待哦~~~

参考资料：

• 《设计模式之禅》

• http://www.cnblogs.com/seesea125/archive/2012/04/05/2433463.html---为什么要用单例模式？

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/32310340---圣诞节，让我们聊聊单例模式

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/34406410---单例模式详解

• http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1776---使用单例模式需要注意的几个问题

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/23713957---Java设计模式(一)-单例模式

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