设计模式总结：单例模式

Posted 2021-02-09 cmyxn

单例模式属于创建型模式，保证在程序运行期间一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点

推荐访问我的个人网站，排版更好看呦：
https://chenmingyu.top/design-singleton/

什么是单例模式

单例模式目的是保证在程序运行期间一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点，无论什么情况下，只会生成一个实例，免去繁琐的创建销毁对象的过程。

如何设计单例

如何设计单例模式其实很简单，只需要考虑一个问题，实例是否可以保证是全局唯一，只要满足这个条件，这个单例设计的肯定就合格了。

关于实例是否可以保证是全局唯一的延伸出的问题：

1. 是否线程安全，不安全肯定就不能保证全局只有一个实例
2. 是否支持序列化，支持序列化的类，被反序列化之后肯定就不是全局唯一了
3. 是否支持反射，支持反射肯定也不是全局唯一的
4. 是否可以被克隆，这个也不能保证全局唯一

所以设计一个安全的单例需要考虑的问题还是很多的。

针对上述问题常见的解决办法：

1. 保证线程安全，使用volatile+synchronized实现
2. 防止序列化攻击，重写readResolve方法
3. 防止反射，常用的方案是在单例类里增加一个boolean类型的flag标识，在实例化的时候先判断flag标识
4. 防止克隆，重写clone()方法

实现一个最简单的单例就需要考虑到以上的所有问题，这个时候什么有用的方法还没写那，代码就已经很多了，那有没有简单的办法既满足上述条件，代码又简洁那，那肯定有，使用枚举实现单例。

常见的单例模式设计方案

常见的单例模式设计方案大概有五种，懒汉模式，饿汉模式，双重检查方式实现，静态内部类实现，枚举实现。

简单的分个类：

1. 是否支持延迟加载，分为懒汉模式和饿汉模式
2. 线程安全设计了双重检查模式实现，静态内部类实现方式
3. 不支持序列化，反射，克隆，枚举实现方式

其中懒汉模式，饿汉模式，双重检查方式实现，静态内部类的实现方式都可以概括为以下两步：

1. 构造函数私有化，保证在外部无法new对象
2. 提供一个static方法获取当前实例（不同方案，实现不同）

当然枚举的实现方式最简单，也最安全的，所以推荐使用枚举实现，其次推荐使用静态内部类方式实现。

饿汉模式

不是延迟加载，加载类的时候直接初始化

/**
 * @auther: chenmingyu
 * @date: 2019/2/12 16:26
 * @description:
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

优点：线程安全，代码简单。

缺点：不是延迟加载，如果你用不到这个类，它也会实例化，还有一个问题就是如果这个实例依赖外部一些配置文件，参数什么的，在实例化之前就要获取到，否则就实例化异常

懒汉模式

延迟加载，首次需要使用的时候在实例化，需要考虑线程安全

线程不安全的实现方式

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

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

双重检查（DCL：Double Check Lock）

线程安全的实现方式：

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

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

面试官：为什么使用volatile修饰singleton变量？

1. 说的volatile，首先肯定回答volatile的可见性
2. 防止重排序优化，如果不用volatile修饰，多线程的情况下，可能会出现线程A进入synchronized代码块，执行new Singleton();，首先给singleton分配内存，但是还没有初始化变量，这时候线程B进入getInstance方法，进行第一个判断，此时singleton已经不为空，直接返回singleton，然后肯定报错。使用volatile修饰之后禁止jvm重排序优化，所以就不会出现上面的问题

静态内部类实现

使用静态内部类实现也是延迟加载，利用静态内部类去实现线程安全，只有在第一次调用getInstance方法的时候才会去加载SingletonHolder，初始化SINGLETON

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

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

    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();
    }
}

枚举实现

枚举实现代码更简洁，线程安全，并且保证枚举不会被反序列化，反射和克隆

/**
 * @auther: chenmingyu
 * @date: 2019/2/12 16:30
 * @description:
 */
public enum Singleton {
    
    SINGLETON;

    /**
     * 提供的方法
     */
    public void method(){
        System.out.println("枚举实现");
    }
}

所以推荐使用枚举方式，调用Singleton.SINGLETON.method();