单例模式，你会写几种？

Posted 2020-11-25 nedulee

定义：

　　单例模式（singleton），保证一个类仅有一个实例，并且提供一个访问它的全局访问点。

　　这句话很好理解，今天我们的重点也不在于如何解读单例模式。

　　在面试的过程中，往往会遇到考察手写单例模式的场景，今天让我们关注一下，写单例模式的几种方法。

饿汉式：

/**
 * 饿汉式.
 *
 * @author jialin.li
 * @date 2019-12-30 22:13
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton singleton = new Singleton();

    public Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

• • 饿汉式的特点是类初始化的时候，创建了该对象。
  • 由于类只会初始化一次，所以保证了对象只会被创建一次。
  • 同时将构造方法私有化，保证了没有办法从外部创建对象。

　　这种方法的问题是，如果该实例从始至终都没有被使用过，就会造成内存的浪费。

懒汉式：

/**
 * 懒汉式.
 *
 * @author jialin.li
 * @date 2019-12-30 22:13
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private volatile Singleton singleton = null;

    public Singleton getInstance(){
        // 提高性能，降低线程进入临界区的可能
        if(singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　这种写法又被成为双检锁模式，是一种实现单例模式的经典写法。

　　代码中有两处判空：

1. 1. 第一处判空，是为了提高性能，降低线程进入临界区的可能性。
   2. 第二处判空是为了线程同步，假如没有第二处判空，则可能两个线程都通过了if(singleton==null)条件，这样即使是临界区内只有一个线程在执行，临界区内的代码也会被执行两遍，这样就会产生两个对象，不符合单例模式。

　　成员变量使用了volatile进行修饰，一方面是保证了对象在多线程环境下的可见性，另一方面是为了防止new Singleton()进行指令重排序而导致的并发问题。

　　volatile关键字的作用两个：

1. 1. 保证变量在线程之间的可见性（直接从主存中读写数据，不经过工作内存）
   2. 阻止编译时和运行时的指令重排，编译时JVM编译器遵循内存屏障约束，运行时依赖CPU屏障来阻止指令重排。

　　指令重排是指JVM在编译Java代码的时候，或者CPU在执行JVM字节码的时候，对现有的指令顺序进行重新排序。

　　指令重排的目的是为了在不改变程序执行结果的前提下，优化程序的运行效率。需要注意的是，这里所说的不改变执行结果，指的是不改变单线程下的程序执行结果。

这里不太好懂，举一个例子，正常的new Singleton()创建步骤是：

1. 开辟一块内存空间
2. 创建对象
3. 将对象的地址存入引用变量

　　经过指令重排后，可能变成了：

1. 开辟一块内存空间
2. 将对象的地址存入引用变量
3. 创建对象

　　假设发生了指令重排，线程A、B都执行这段代码，线程A执行到了new Singleton()的步骤2，此时还没有创建对象，这个时候发生了线程的切换。线程B开始执行，这个时候线程B还可以通过if(singleton == null)的判断，因为线程A中的singleton只是指向了一个空的内存地址，这个时候线程B创建出了一个Singleton对象，当线程切换成A时，线程A仍执行了new Singleton()的步骤3，此时创建了2个Singleton对象，不符合单例模式。

静态内部类单例模式：

/**
 * 静态内部类单例模式.
 *
 * @author jialin.li
 * @date 2019-12-30 22:13
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

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

    private static class Inner {
        private static Singleton singleton = new Singleton();
    }
}

　　这里利用的是内部类的特性，只有第一次调用getInstance方法的时候，虚拟机才会加载Inner并初始化singleton，并且只初始化一次。这种方法也是一种懒汉式的写法，只有在需要的时候，才创建对象。

枚举单例模式

　　枚举类也是一种单例模式

public enum Singleton  {
    INSTANCE 
 
    //doSomething 该实例支持的行为
      
    //可以省略此方法，通过Singleton.INSTANCE进行操作
    public static Singleton get Instance() {
        return Singleton.INSTANCE;
    }
}

这种写法较为简单，并且没有办法用反射的方式，创建对象。但是可读性较差。

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