前言

大家好，我是三乙己。考上大家一考：“單例模式的單例，怎樣寫(xiě)的？”

“不就是構(gòu)造方法私有化么？”

”對(duì)呀對(duì)呀！……單例模式有七種寫(xiě)法，你知道么？“

言歸正傳……

單例模式（Singleton Pattern）可以說(shuō)是最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式了。

用一個(gè)成語(yǔ)來(lái)形容單例模式——“天無(wú)二日，國(guó)無(wú)二主”。

什么意思呢？就是當(dāng)前進(jìn)程確保一個(gè)類(lèi)全局只有一個(gè)實(shí)例。

那單例模式有什么好處呢？[1]

• 單例模式在內(nèi)存中只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存開(kāi)支
• 單例模式只生成一個(gè)實(shí)例，所以減少了系統(tǒng)的性能開(kāi)銷(xiāo)
• 單例模式可以避免對(duì)資源的多重占用
• 單例模式可以在系統(tǒng)設(shè)置全局的訪問(wèn)點(diǎn)
  

那單例模式是銀彈嗎？它有沒(méi)有什么缺點(diǎn)？

• 單例模式一般沒(méi)有接口，擴(kuò)展很困難
• 單例模式不利于測(cè)試
• 單例模式與單一職責(zé)原則有沖突
  

那什么情況下要用單例模式呢？

• 要求生成唯一序列號(hào)的環(huán)境
• 在整個(gè)項(xiàng)目中需要一個(gè)共享訪問(wèn)點(diǎn)或共享數(shù)據(jù)
• 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過(guò)多
• 需要定義大量的靜態(tài)常量和靜態(tài)方法（如工具類(lèi)）的環(huán)境

接下來(lái)，進(jìn)入今天的主題，我們來(lái)看看單例模式的七種寫(xiě)法！

1、餓漢式（線程安全）⭐

public class Singleton_1 {

    private static Singleton_1 instance=new Singleton_1();

    private Singleton_1() {
    }

    public static Singleton_1 getInstance() {
        return instance;
    }

}

餓漢式，就像它的名字，饑不擇食，定義的時(shí)候直接初始化。

因?yàn)閕nstance是個(gè)靜態(tài)變量，所以它會(huì)在類(lèi)加載的時(shí)候完成實(shí)例化，不存在線程安全的問(wèn)題。

這種方式不是懶加載，不管我們的程序會(huì)不會(huì)用到，它都會(huì)在程序啟動(dòng)之初進(jìn)行初始化。

所以我們就有了下一種方式👇

2、懶漢式（線程不安全）⭐

public class Singleton_2 {

    private static Singleton_2 instance;

    private Singleton_2() {
    }

    public static Singleton_2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton_2();
        }
        return instance;
    }

}

懶漢式 是什么呢？只有用到的時(shí)候才會(huì)加載，這就實(shí)現(xiàn)了我們心心念的懶加載。

但是！

它又引入了新的問(wèn)題？什么問(wèn)題呢？線程安全問(wèn)題。

圖片也很清楚，多線程的情況下，可能存在這樣的問(wèn)題：

一個(gè)線程判斷instance==null，開(kāi)始初始化對(duì)象；

還沒(méi)來(lái)得及初始化對(duì)象時(shí)候，另一個(gè)線程訪問(wèn)，判斷instance==null，也創(chuàng)建對(duì)象。

最后的結(jié)果，就是實(shí)例化了兩個(gè)Singleton對(duì)象。

這不符合我們單例的要求?。吭趺崔k呢？

3、懶漢式（加鎖）

public class Singleton_3 {

    private static Singleton_3 instance;

    private Singleton_3() {
    }

    public synchronized static Singleton_3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton_3();
        }
        return instance;
    }
}

最直接的辦法，直接上鎖唄！

但是這種把鎖直接方法上的辦法，所有的訪問(wèn)都需要獲取鎖，導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。

那怎么辦呢？

4、懶漢式（雙重校驗(yàn)鎖）⭐

public class Singleton_4 {
    //volatile修飾，防止指令重排
    private static volatile Singleton_4 instance;

    private Singleton_4() {
    }

    public static Singleton_4 getInstance() {
        //第一重校驗(yàn)，檢查實(shí)例是否存在
        if (instance == null) {
            //同步塊
            synchronized (Singleton_4.class) {
                //第二重校驗(yàn)，檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才真正創(chuàng)建實(shí)例
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton_4();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}

這是比較推薦的一種，雙重校驗(yàn)鎖。

它的進(jìn)步在哪里呢？

我們把synchronized加在了方法的內(nèi)部，一般的訪問(wèn)是不加鎖的，只有在instance==null的時(shí)候才加鎖。

同時(shí)我們來(lái)看一下一些關(guān)鍵問(wèn)題。

首先我們看第一個(gè)問(wèn)題，為什么要雙重校驗(yàn)？

大家想一下，如果不雙重校驗(yàn)。

如果兩個(gè)線程一起調(diào)用getInstance方法，并且都通過(guò)了第一次的判斷instance==null，那么第一個(gè)線程獲取了鎖，然后實(shí)例化了instance，然后釋放了鎖，然后第二個(gè)線程得到了線程，然后馬上也實(shí)例化了instance。這就不符合我們的單例要求了。

接著我們來(lái)看第二個(gè)問(wèn)題，為什么要用volatile 修飾 instance？

我們可能知道答案是防止指令重排。

那這個(gè)重排指的是哪？指的是instance = new Singleton()，我們感覺(jué)是一步操作的實(shí)例化對(duì)象，實(shí)際上對(duì)于JVM指令，是分為三步的：

• 分配內(nèi)存空間
• 初始化對(duì)象
• 將對(duì)象指向剛分配的內(nèi)存空間
  

有些編譯器為為了性能優(yōu)化，可能會(huì)把第二步和第三步進(jìn)行重排序，順序就成了：

• 分配內(nèi)存空間
• 將對(duì)象指向剛分配的內(nèi)存空間
• 初始化對(duì)象

所以呢，如果不使用volatile防止指令重排可能會(huì)發(fā)生什么情況呢？

在這種情況下，T7時(shí)刻線程B對(duì)instance的訪問(wèn)，訪問(wèn)的是一個(gè)初始化未完成的對(duì)象。

所以需要在instance前加入關(guān)鍵字volatile。

• 使用了volatile關(guān)鍵字后，可以保證有序性，指令重排序被禁止；
• volatile還可以保證可見(jiàn)性，Java內(nèi)存模型會(huì)確保所有線程看到的變量值是一致的。

5、單例模式（靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)）

public class Singleton_5 {

    private Singleton_5() {
    }

    private static class InnerSingleton {
        private static final Singleton_5 instance = new Singleton_5();
    }

    public static Singleton_5 getInstance() {
        return InnerSingleton.instance;
    }
}

靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)是更進(jìn)一步的寫(xiě)法，不僅能實(shí)現(xiàn)懶加載、線程安全，而且JVM還保持了指令優(yōu)化的能力。

Singleton類(lèi)被裝載時(shí)并不會(huì)立即實(shí)例化，而是在需要實(shí)例化時(shí)，調(diào)用getInstance方法，才會(huì)加載靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)InnerSingleton類(lèi)，從而完成Singleton的實(shí)例化。

類(lèi)的靜態(tài)屬性只會(huì)在第一次加載類(lèi)的時(shí)候初始化，同時(shí)類(lèi)加載的過(guò)程又是線程互斥的，JVM幫助我們保證了線程安全。

6、單例模式（CAS）

public class Singleton_6 {

    private static final AtomicReference<Singleton_6> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton_6>();

    private Singleton_6() {
    }

    public static final Singleton_6 getInstance() {
        //等待
        while (true) {
            Singleton_6 instance = INSTANCE.get();
            if (null == instance) {
                INSTANCE.compareAndSet(null, new Singleton_6());
            }
            return INSTANCE.get();
        }
    }
}

這種CAS式的單例模式算是懶漢式直接加鎖的一個(gè)變種，sychronized是一種悲觀鎖，而CAS是樂(lè)觀鎖，相比較，更輕量級(jí)。

當(dāng)然，這種寫(xiě)法也比較罕見(jiàn)，CAS存在忙等的問(wèn)題，可能會(huì)造成CPU資源的浪費(fèi)。

7、單例模式（枚舉）

public enum Singleton_7 {

    //定義一個(gè)枚舉，代表了Singleton的一個(gè)實(shí)例
    INSTANCE;
    public void anyMethod(){
        System.out.println("do any thing");
    }
}

調(diào)用方式：

    @Test
    void anyMethod() {
        Singleton_7.INSTANCE.anyMethod();
    }

《Effective Java》作者推薦的一種方式，非常簡(jiǎn)練。

但是這種寫(xiě)法解決了最主要的問(wèn)題：線程安全、⾃由串⾏化、單⼀實(shí)例。

總結(jié)

從使用的角度來(lái)講，如果不需要懶加載的話(huà)，直接餓漢式就行了；如果需要懶加載，可以考慮靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)，或者嘗試一下枚舉的方式。

從面試的角度，懶漢式、餓漢式、雙重校驗(yàn)鎖餓漢式，這三種是重點(diǎn)。雙重校驗(yàn)鎖方式一定要知道指令重排是在哪，會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題。

到此這篇關(guān)于Java中單例模式的七種寫(xiě)法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java單例模式寫(xiě)法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

參考：

[1]. 《設(shè)計(jì)模式之禪》

[2]. 《重學(xué)設(shè)計(jì)模式》

[3]. 設(shè)計(jì)模式系列 - 單例模式

[4]. Java中的雙重檢查鎖（double checked locking）

最新評(píng)論