單例模式你會幾種寫法？

時間 2019-11-08

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前言

只有光頭才能變強html

回顧前面：java

原本打算沒那麼快更新的，這陣子在刷Spring的書籍。在看Spring的時候又常常會看到「單例」，「工廠」這些字樣。程序員

因此，就先來講說單例和工廠設計模式啦，這兩種模式也是很常見的，我看不少面經都會遇到這兩種模式~設計模式

本文主要講解單例設計模式，若是有錯的地方但願能多多包涵，並不吝在評論區指正！安全

1、單例模式概述

單例模式定義很簡單：一個類中能建立一個實例，因此稱之爲單例！微信

那咱們何時會用到單例模式呢？？多線程

那咱們想一想既然一個類中只能建立一個實例了，那麼能夠說這是跟類的狀態與對象無關的了。
頻繁建立對象、管理對象是一件耗費資源的事，咱們只須要建立一個對象來用就足夠了！

學過Java Web的同窗可能就知道：函數

Servlet是單例的
Struts2是多例的
SpringMVC是單例的

那既然多例是頻繁建立對象、須要管理對象的，那Struts2爲何要多例呢？？post

主要因爲設計層面上的問題，Struts2是基於Filter攔截類的，ognl引擎對變量是注入的。因此它要設計成多例的~

能使用一個對象來作就不用實例化多個對象！這就能減小咱們空間和內存的開銷~性能

那有可能有的人又會想了：咱們使用靜態類.doSomething()和使用單例對象調用方法的效果是同樣的啊。

沒錯，效果就是同樣的。使用靜態類.doSomething()體現的是基於對象，而使用單例設計模式體現的是面向對象。

2、編寫單例模式的代碼

編寫單例模式的代碼其實很簡單，就分了三步：

將構造函數私有化
在類的內部建立實例
提供獲取惟一實例的方法

2.1餓漢式

根據上面的步驟，咱們就能夠輕鬆完成建立單例對象了。

public class Java3y {

    // 1.將構造函數私有化，不能夠經過new的方式來建立對象
    private Java3y(){}

    // 2.在類的內部建立自行實例
    private static Java3y java3y = new Java3y();

    // 3.提供獲取惟一實例的方法
    public static Student getJava3y() {
        return java3y;
    }
}

這種代碼咱們稱之爲：「餓漢式」：

一上來就建立對象了，若是該實例從始至終都沒被使用過，則會形成內存浪費。

2.2簡單懶漢式

既然說一上來就建立對象，若是沒有用過會形成內存浪費：

那麼咱們就設計用到的時候再建立對象！

public class Java3y {

    // 1.將構造函數私有化，不能夠經過new的方式來建立對象
    private Java3y(){}

    // 2.1先不建立對象，等用到的時候再建立
    private static Java3y java3y = null;

    // 2.1調用到這個方法了，證實是要被用到的了
    public static Java3y getJava3y() {

        // 3. 若是這個對象引用爲null，咱們就建立並返回出去
        if (java3y == null) {
            java3y = new Java3y();
        }

        return java3y;
    }
}

上面的代碼行不行？？在單線程環境下是行的，在多線程環境下就不行了！

若是不知道爲啥在多線程環境下不行的同窗可參考我以前的博文：多線程基礎必要知識點！看了學習多線程事半功倍

要解決也很簡單，咱們只要加鎖就行了：

2.3雙重檢測機制(DCL)懶漢式

上面那種直接在方法上加鎖的方式其實不夠好，由於在方法上加了內置鎖在多線程環境下性能會比較低下，因此咱們能夠將鎖的範圍縮小。

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;


    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {
            // 將鎖的範圍縮小，提升性能
            synchronized (Java3y.class) {
                java3y = new Java3y();
            }
        }
        return java3y;
    }
}

那上面的代碼可行嗎？？不行，由於雖然加了鎖，但仍是有可能建立出兩個對象出來的：

線程A和線程B同時調用getJava3y()方法，他們同時判斷java==null，得出的結果都是爲null，因此進入了if代碼塊了
此時線程A獲得CPU的控制權-->進入同步代碼塊-->建立對象-->返回對象
線程A完成了之後，此時線程B獲得了CPU的控制權。一樣是-->進入同步代碼塊-->建立對象-->返回對象
很明顯的是：Java3y類返回了不止一個實例！因此上面的代碼是不行的！

有的同窗可能以爲我瞎吹比，明明加鎖了還不行？咱們來測試一下：

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 線程A
        new Thread(() -> {

            // 建立單例對象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);

        }).start();

        // 線程B
        new Thread(() -> {
            // 建立單例對象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

        // 線程C
        new Thread(() -> {
            // 建立單例對象
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

    }
}

能夠看到，打印出的對象不僅僅只有一個的！

厲害的程序員又想到了：進入同步代碼塊時再判斷一下對象是否存在就穩了吧！

因此，有了下面的代碼

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小，提升性能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否爲null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

其實還不穩！這裏會有重排序的問題：

原本想測試重排序問題的效果的，一直沒測試出來~~~有相關測試代碼的但願能夠告訴我怎麼能測出來....

要解決也十分簡單，加上咱們的volatile關鍵字就能夠了，volatile有內存屏障的功能！

具體可參考資料：

www.zhihu.com/question/35…----雙重檢查鎖失效是由於對象的初始化並不是原子操做？
ifeve.com/doublecheck…---有關「雙重檢查鎖定失效」的說明
my.oschina.net/u/866190/bl…----正確使用雙重檢查鎖(DCL)

因此說，完整的DCL代碼是這樣子的：

public class Java3y {
    private Java3y() {
    }

    private static volatile Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小，提升性能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否爲null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

再說明：

2.4靜態內部類懶漢式

還可使用靜態內部類這種巧妙的方式來實現單例模式！它的原理是這樣的：

當任何一個線程第一次調用getInstance()時，都會使SingletonHolder被加載和被初始化，此時靜態初始化器將執行Singleton的初始化操做。(被調用時才進行初始化！)
初始化靜態數據時，Java提供了的線程安全性保證。(因此不須要任何的同步)

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    // 使用內部類的方式來實現懶加載
    private static class LazyHolder {
        // 建立單例對象
        private static final Java3y INSTANCE = new Java3y();
    }


    // 獲取對象
    public static final Java3y getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
    
}

靜態內部類這種方式是很是推薦使用的！不少人沒接觸過單例模式的都不知道有這種寫法，這種寫法很優化也高效！

參考資料：

www.zhihu.com/question/35…----java 單例模式經過內部靜態類的方式？

2.5枚舉方式實現

使用枚舉就很是簡單了：

public enum Java3y3y {
    
    JAVA_3_Y_3_Y,
}

那這種有啥好處？？枚舉的方式實現：

簡單，直接寫就好了
防止屢次實例化，即便是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候(安全)！

這種也較爲推薦使用！

3、總結

總的來講單例模式寫法有5種：

餓漢式
簡單懶漢式(在方法加鎖)
DCL雙重檢測加鎖(進階懶漢式)
靜態內部類實現懶漢式(最推薦寫法)
枚舉方式(最安全、簡潔寫法)

明天估計寫的是工廠模式了，敬請期待哦~~~

參考資料：

《設計模式之禪》
www.cnblogs.com/seesea125/a…---爲何要用單例模式？
zhuanlan.zhihu.com/p/32310340---聖誕節，讓咱們聊聊單例模式
zhuanlan.zhihu.com/p/34406410---單例模式詳解
www.nowamagic.net/librarys/ve…---使用單例模式須要注意的幾個問題
zhuanlan.zhihu.com/p/23713957---Java設計模式(一)-單例模式

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