最简单的设计模式——单例模式

Posted 2020-12-02 takumicx

前言

单例模式可以说是最简单也是最常见的设计模式了，有些语言比如scala甚至在语言层面对其进行了支持。单例是指类的实例在全局只有一个。什么时候我们希望类的实例在整个JVM进程中只有一个？比如说线程池:创建开销很大；还有缓存：占用内存空间很多，而且超过一个也不利于维护。还有其他比如注册表对象，日志对象等等我们都希望它们全局唯一。单例模式指导我们如何创建这样一个对象。

简介

定义

确保一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

结构

实现

单例的实现有很多种，按单例对象是否延迟初始化可以分为懒汉是和饿汉式。每一种的实现又有两种变体。

常规饿汉式实现

public class Singleton {

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {

        return INSTANCE;

    }

}

通过一个静态变量引用单例实例，该变量在类加载的时候就会初始化,线程安全。

枚举饿汉式实现

public enum  Singleton {
    INSTANCE
}

枚举类型的本质如下，区别仅在于静态变量是公有的，同样也是线程安全。

public class Singleton extends Enum<Singleton> {
    public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

使用静态内部类的懒汉式实现

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }

    static class SingletonHolder {
        public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

}

只有在调用getInstance方法时才会加载静态内部类SingletonHolder，该内有一个静态成员变量，该成员变量在类加载的时候初始化，指向一个单例对象。同样也线程安全。

带双重检查的懒汉式实现

public class Singleton {

    private Singleton() {

    }

    private static volatile Singleton INSTANCE;

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }

}

这是所有实现方式中最重要的。倒不是因为它平时用的多(大部分情况下直接用常规的饿汉式单例就行了)，而是因为面试的时候经常会被问到，很多时候甚至会让面试者把它现场手写出来。因为其本身并不复杂，但能很好的考察对多线程的理解程度。而且以volitile,线程同步，类加载机制为入口可以深入考察多线程和jvm领域更深入的知识。比如：
1.volitile在这里有什么用？你知道它还有什么功能吗？它是否能保证线程安全？它的底层是怎么实现的？

2.为什么要在方法内加同步代码块？可以把同步关键字放在方法上吗？它和前一种有什么区别？你觉得哪个更好？

可惜我在上家公司用这个问题面了不少3年左右开发经验求职者，能把这部分代码大概写对的都不到20%。可能因为我面的都是大数据开发工程师吧，java基础会薄弱些。

参考资料
-《设计模式之禅》