單例模式——獨一無二的對象

面試官：帶筆了吧，那寫兩種單例模式的實現方法吧

沙沙沙刷刷刷~~~ 寫好了

面試官：你這個是怎麼保證線程安全的，那你知道，volatile 關鍵字? 類加載器？鎖機制？？？？

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單例模式——獨一無二的對象

單例模式，從我看 《Java 10分鐘入門》那天就聽過的一個設計模式，還被面試過好幾回的設計模式問題，今天一網打盡~~

有一些對象咱們確實只須要一個，好比，線程池、數據庫鏈接、緩存、日誌對象等，若是有多個的話，會形成程序的行爲異常，資源使用過量或者不一致的問題。你也許會說，這種我用全局變量不也能實現嗎，還整個單例模式，好像你很流弊的樣子，若是將對象賦值給一個全局變量，那程序啓動就會建立好對象，萬一這個對象很耗資源，咱們還可能在某些時候用不到，這就形成了資源的浪費，不合理，因此就有了單例模式。

單例模式的定義

單例模式確保一個類只有一個實例，並提供一個全局惟一訪問點

單例模式的類圖

單例模式的實現

餓漢式

• static 變量在類裝載的時候進行初始化
• 多個實例的 static 變量會共享同一塊內存區域

用這兩個知識點寫出的單例類就是餓漢式了，初始化類的時候就建立，飢不擇食，餓漢

public class Singleton {

    //構造私有化，防止直接new
    private Singleton(){}

    //靜態初始化器（static initializer）中建立實例，保證線程安全
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

餓漢式是線程安全的，JVM在加載類時立刻建立惟一的實例對象，且只會裝載一次。

Java 實現的單例是一個虛擬機的範圍，由於裝載類的功能是虛擬機的，因此一個虛擬機經過本身的ClassLoader 裝載餓漢式實現單例類的時候就會建立一個類實例。（若是一個虛擬機裏有多個ClassLoader的話，就會有多個實例）

懶漢式

懶漢式，就是實例在用到的時候纔去建立，比較「懶」

單例模式的懶漢式實現方式體現了延遲加載的思想（延遲加載也稱懶加載Lazy Load，就是一開始不要加載資源或數據，等到要使用的時候才加載）

同步方法

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

      //解決了線程不安全問題，可是效率過低了，每一個線程想得到類的實例的時候，都須要同步方法，不推薦
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

雙重檢查加鎖

public class Singleton {

      //volatitle關鍵詞確保，多線程正確處理singleton
    private static volatile Singleton singleton;
  
    private Singleton(){}
  
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton ==null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

Double-Check 概念（進行兩次檢查）是多線程開發中常用的，爲何須要雙重檢查鎖呢？由於第一次檢查是確保以前是一個空對象，而非空對象就不須要同步了，空對象的線程而後進入同步代碼塊，若是不加第二次空對象檢查，兩個線程同時獲取同步代碼塊，一個線程進入同步代碼塊，另外一個線程就會等待，而這兩個線程就會建立兩個實例化對象，因此須要在線程進入同步代碼塊後再次進行空對象檢查，才能確保只建立一個實例化對象。

雙重檢查加鎖（double checked locking）線程安全、延遲加載、效率比較高

volatile：volatile通常用於多線程的可見性，這裏用來防止指令重排（防止new Singleton時指令重排序致使其餘線程獲取到未初始化完的對象）。被volatile 修飾的變量的值，將不會被本地線程緩存，全部對該變量的讀寫都是直接操做共享內存，從而確保多個線程能正確的處理該變量。

指令重排

指令重排是指在程序執行過程當中, 爲了性能考慮, 編譯器和CPU可能會對指令從新排序。

Java中建立一個對象，每每包含三個過程。對於singleton = new Singleton()，這不是一個原子操做，在 JVM 中包含以下三個過程。

1. 給 singleton 分配內存
2. 調用 Singleton 的構造函數來初始化成員變量，造成實例
3. 將singleton對象指向分配的內存空間（執行完這步 singleton纔是非 null 了）

可是，因爲JVM會進行指令重排序，因此上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執行順序多是 1-2-3，也多是 1-3-2。若是是 1-3-2，則在 3 執行完畢，2 未執行以前，被另外一個線程搶佔了，這時 instance 已是非 null 了（但卻沒有初始化），因此這個線程會直接返回 instance，而後使用，那確定就會報錯了，因此要加入 volatile關鍵字。

靜態內部類

public class Singleton {

    private Singleton(){}

    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
  
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

採用類加載的機制來保證初始化實例時只有一個線程；

靜態內部類方式在Singleton 類被裝載的時候並不會當即實例化，而是在調用getInstance的時候，纔去裝載內部類SingletonInstance ,從而完成Singleton的實例化

類的靜態屬性只會在第一次加載類的時候初始化，因此，JVM幫咱們保證了線程的安全性，在類初始化時，其餘線程沒法進入

優勢：線程安全，利用靜態內部類實現延遲加載，效率較高，推薦使用

枚舉

enum Singleton{
  INSTANCE;
  public void method(){}
}

藉助JDK5 添加的枚舉實現單例，不只能夠避免多線程同步問題，還能防止反序列化從新建立新的對象，可是在枚舉中的其餘任何方法的線程安全由程序員本身負責。還有防止上面的經過反射機制調用私用構造器。不過，因爲Java1.5中才加入enum特性，因此使用的人並很少。

這種方式是《Effective Java》 做者Josh Bloch 提倡的方式。

單例模式在JDK 中的源碼分析

JDK 中，java.lang.Runtime 就是經典的單例模式（餓漢式）

單例模式注意事項和細節

• 單例模式保證了系統內存中該類只存在一個對象，節省了系統資源，對於一些須要頻繁建立銷燬的對象，使用單例模式能夠提升系統性能
• 當想實例化一個單例類的時候，必需要記住使用相應的獲取對象的方法，而不是使 用new
• 單例模式使用的場景：須要頻繁的進行建立和銷燬的對象、建立對象時耗時過多或 耗費資源過多(即:重量級對象)，但又常常用到的對象、工具類對象、頻繁訪問數 據庫或文件的對象(好比數據源、session工廠等)

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