面试阿里，字节跳动，腾讯90%会被问到的面试题—— 单例模式

Posted 2021-02-19

1. 什么是Singleton？

Singleton，即单例，在Java中表示的是单例模式，所谓的单例模式，指的就是在程序中，有且仅有一个该实例对象。

单：唯一，单独。
例：实例对象。

2. 单例模式有几种创建方式？

2.1 饿汉式（在程序启动过程中，就开始创建实例对象，饿汉式是线程安全的，它的缺点是不管程序是否需要该实例都会创建）

2.1.1 直接创建实例对象(简介明了)
将构造方法私有化。
提供一个static修饰的常量对象。

package com.qingyun.demo.single.test;

import com.qingyun.demo.single.Singleton1;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 08:58
 * Explain:
 */
public class TestSingleton1 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton1 singleton1=Singleton1.INSTANCE;

        System.out.println(singleton1);
    }

}

测试代码

public static void main(String[] args) {
        Singleton1 singleton1=Singleton1.INSTANCE;

        System.out.println(singleton1);
    }

可以成功创建实例对象

2.1.2 通过枚举类的方式实现（最简洁的方式）

public class TestSingleton2 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton2 singleton2=Singleton2.INSTANCE;

        System.out.println(singleton2);
    }

}

2.1.2 通过静态代码块的方式实现

package com.qingyun.demo.single;

import java.io.IOException;
import java.util.Properties;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 08:59
 * Explain: 单例模式-饿汉式（静态代码块方式）
 */
public class Singleton3 {

    public static final Singleton3 INSTANCE;

    public String info;

    static{
        //创建一个读取properties的实例对象
        Properties properties=new Properties();

        try {
            properties.load(Singleton3.class.getClassLoader().getResourceAsStream("info.properties"));
            INSTANCE=new Singleton3(new String(properties.getProperty("info").getBytes("iso-8859-1"),"utf-8"));
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

    }

    private Singleton3(String info){
        this.info=info;
    }

    public String getInfo() {
        return info;
    }

    public void setInfo(String info) {
        this.info = info;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Singleton3{" +
                "info=‘" + info + ‘‘‘ +
                ‘}‘;
    }
}

2.2 懒汉式（通过延时加载的方式创建实例对象，只有程序调用了指定方法才会创创建对象）

2.2.1 通过定义方法，当其他程序调用该方法时创建对象（使用与单线程，多线程条件下，可能会发生线程安全问题）

package com.qingyun.demo.single;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 09:38
 * Explain: 单例模式-懒汉式（适用于单线程）
 * 延时创建实例，getInstance()方法的时候才创建
 */
public class Singleton4 {

    private static Singleton4 instance;

    private Singleton4(){

    }

    public static Singleton4 getInstance() {

        //当instance为空的时候才需要 创建实例 (这种方式可能存在线程安全问题)
        if (instance==null){

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            instance=new Singleton4();
        }

        return instance;
    }
}

测试代码

package com.qingyun.demo.single.test;

import com.qingyun.demo.single.Singleton4;

import java.util.concurrent.*;

public class Singleton4Test {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

//        //单线程情况下 不存在安全问题
//        Singleton4 s1=Singleton4.getInstance();
//        Singleton4 s2=Singleton4.getInstance();
//
//        System.out.println(s1==s2);
//        System.out.println(s1);
//        System.out.println(s2);

        Callable<Singleton4> callable=new Callable<Singleton4>() {
            @Override
            public Singleton4 call() throws Exception {
                return Singleton4.getInstance();
            }
        };

        ExecutorService es= Executors.newFixedThreadPool(2);

        Future<Singleton4> future1 = es.submit(callable);
        Future<Singleton4> future2 = es.submit(callable);

        Singleton4 s1 = future1.get();
        Singleton4 s2 = future2.get();

        System.out.println(s1==s2);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);

        es.shutdown();
    }

}

单线程执行测试代码，不会出现问题。
多线程执行结果，如下图：

可以发现，两个对象的hashCode值是不一样的，故该方式存在线程安全问题。

2.2.1 通过加锁的方式解决线程安全问题（适用于多线程环境）

package com.qingyun.demo.single;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 09:49
 * Explain: 单例模式-懒汉式（使用与多线程，通过加锁的方式解决线程安全问题）
 */
public class Singleton5 {

    private static Singleton5 instance;

    private Singleton5(){

    }

    public static Singleton5 getInstance() {

        //为了提高性能再加一层if判断
        if (instance==null){
            synchronized(Singleton5.class){
                //当instance为空的时候才需要 创建实例 (这种方式可能存在线程安全问题)
                if (instance==null){

                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    instance=new Singleton5();
                }
            }
        }

        return instance;
    }
}

测试代码：

public class Singleton5Test {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        Callable<Singleton5> callable=new Callable<Singleton5>() {
            @Override
            public Singleton5 call() throws Exception {
                return Singleton5.getInstance();
            }
        };

        ExecutorService es= Executors.newFixedThreadPool(2);

        Future<Singleton5> future1 = es.submit(callable);
        Future<Singleton5> future2 = es.submit(callable);

        Singleton5 s1 = future1.get();
        Singleton5 s2 = future2.get();

        System.out.println(s1==s2);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);

        es.shutdown();
    }

}

执行结果，如下图所示：

从执行结果中可以很清楚的看出，通过加锁的方式可以解决懒汉式的线程安全问题。

2.2.3 通过内部类的方式实现饿汉式（线程安全的）

package com.qingyun.demo.single.test;

import com.qingyun.demo.single.Singleton6;

import java.util.concurrent.*;

public class Singleton6Test {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        Callable<Singleton6> callable=new Callable<Singleton6>() {
            @Override
            public Singleton6 call() throws Exception {
                return Singleton6.getInstance();
            }
        };

        ExecutorService es= Executors.newFixedThreadPool(2);

        Future<Singleton6> future1 = es.submit(callable);
        Future<Singleton6> future2 = es.submit(callable);

        Singleton6 s1 = future1.get();
        Singleton6 s2 = future2.get();

        System.out.println(s1==s2);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);

        es.shutdown();
    }

}

测试代码,同3.2.2,测试结果也是线程安全的。

那么为什么通过内部类创建实例对象就是线程安全的呢？
因为内部类，不会随着外部类的实例而实例化，它只有在其他地方被调用的时候才会真正的实例化对象。

3.小结

单例模式中，如果使用饿汉式，那么通过使用枚举的方式实现是最简单的。
如果是使用懒汉式，那么推荐使用静态内部类的方式最好。

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