面試阿里，字節跳動，騰訊90%會被問到的面試題—— 單例模式

1. 什麼是Singleton？

Singleton，即單例，在Java中表示的是單例模式，所謂的單例模式，指的就是在程序中，有且僅有一個該實例對象。

單：惟一，單獨。
例：實例對象。

2. 單例模式有幾種建立方式？

2.1 餓漢式（在程序啓動過程當中，就開始建立實例對象，餓漢式是線程安全的，它的缺點是無論程序是否須要該實例都會建立）

2.1.1 直接建立實例對象(簡介明瞭)
將構造方法私有化。
提供一個static修飾的常量對象。

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);
    }

}

測試代碼

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

        System.out.println(singleton1);
    }

能夠成功建立實例對象

2.1.2 經過枚舉類的方式實現（最簡潔的方式）

public class TestSingleton2 {

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

        System.out.println(singleton2);
    }

}

2.1.2 經過靜態代碼塊的方式實現

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: 單例模式-餓漢式（靜態代碼塊方式）
 */
public class Singleton3 {

    public static final Singleton3 INSTANCE;

    public String info;

    static{
        //建立一個讀取properties的實例對象
        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 懶漢式（經過延時加載的方式建立實例對象，只有程序調用了指定方法纔會創建立對象）

2.2.1 經過定義方法，當其餘程序調用該方法時建立對象（使用與單線程，多線程條件下，可能會發生線程安全問題）

package com.qingyun.demo.single;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 09:38
 * Explain: 單例模式-懶漢式（適用於單線程）
 * 延時建立實例，getInstance()方法的時候才建立
 */
public class Singleton4 {

    private static Singleton4 instance;

    private Singleton4(){

    }

    public static Singleton4 getInstance() {

        //當instance爲空的時候才須要 建立實例 (這種方式可能存在線程安全問題)
        if (instance==null){

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

            instance=new Singleton4();
        }

        return instance;
    }
}

測試代碼

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 {

//        //單線程狀況下 不存在安全問題
//        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();
    }

}

單線程執行測試代碼，不會出現問題。
多線程執行結果，以下圖：

能夠發現，兩個對象的hashCode值是不同的，故該方式存在線程安全問題。

2.2.1 經過加鎖的方式解決線程安全問題（適用於多線程環境）

package com.qingyun.demo.single;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * User: 李敷斌.
 * Date: 2020-05-11
 * Time: 09:49
 * Explain: 單例模式-懶漢式（使用與多線程，經過加鎖的方式解決線程安全問題）
 */
public class Singleton5 {

    private static Singleton5 instance;

    private Singleton5(){

    }

    public static Singleton5 getInstance() {

        //爲了提升性能再加一層if判斷
        if (instance==null){
            synchronized(Singleton5.class){
                //當instance爲空的時候才須要 建立實例 (這種方式可能存在線程安全問題)
                if (instance==null){

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

                    instance=new Singleton5();
                }
            }
        }

        return instance;
    }
}

測試代碼：

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();
    }

}

執行結果，以下圖所示：

從執行結果中能夠很清楚的看出，經過加鎖的方式能夠解決懶漢式的線程安全問題。

2.2.3 經過內部類的方式實現餓漢式（線程安全的）

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();
    }

}

測試代碼,同3.2.2,測試結果也是線程安全的。

那麼爲何經過內部類建立實例對象就是線程安全的呢？
由於內部類，不會隨着外部類的實例而實例化，它只有在其餘地方被調用的時候纔會真正的實例化對象。

3.小結

單例模式中，若是使用餓漢式，那麼經過使用枚舉的方式實現是最簡單的。
若是是使用懶漢式，那麼推薦使用靜態內部類的方式最好。

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