【大神之路】大话设计模式 - 单例模式

一、简介

单例模式，Singleton ， Java 23 设计模式中创建型模式之一， 该模式定义为：

一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

其主要特点为：

• 单例类有且只有一个对象
• 对象必须由单例类自行创建（其实一些业务层框架（例如Spring） 中的对象默认也是单例的）
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问方式

二、实现方式

单例模式是所有设计模式中几乎最简单的一个。其实现方式主要包括两种：

• 懒汉式
• 饿汉式

每一种实现方式有各有优缺点，咱们来看下

三、饿汉式

/**
 * <单例模式 - 饿汉式>
 *
 * @author CoWitoSug
 * @createTime: 2020/4/15
 */
public class Singleton {
    // 单例模式自行创建对象
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    // 私有化构造方法， 不允许外部创建当前类对象
    // 不要较真的告诉 小C 还有反射！
    private Singleton(){}
    // 对外提供一个访问该单例的全局访问方式
    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

饿汉式， 在声明对象属性的同时初始化属性，这样做的优点是， 不会出现任何多线程下的线程安全问题， 缺点也很明显， 没有实现 Lazy Initialize （延迟加载，在使用该对象时才创建之）。如果这个对象在整个JVM运行过程中一直不使用， 该对象也需要 “ 常驻内存 ”

四、懒汉式

/**
 * <单例模式 - 懒汉式>
 *
 * @author CoWitoSug
 * @createTime: 2020/4/15
 */
public class Singleton {
    
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstance(){
        // 使用对象时 才创建对象， 实现了对象的延迟初始化
        if( null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式 解决了 饿汉式的 延迟加载 问题， 但是， 随之也出现了更加严重的 线程安全问题。

在多线程下， 可能会出现多个对象 （线程A 进入 if ， CPU 时间片分配给 线程B ， 线程B 也进入if ， 同时创建instance 对象。此时，线程A 重新获得 CPU 使用权， 继续创建 instance 对象，从而出现了多个对象 ）。

五、懒汉式 - 线程安全版

/**
 * <单例模式 - 线程安全版>
 *
 * @author CoWitoSug
 * @createTime: 2020/4/15
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    // 为方法加上 同步锁， 实现了多线程下的线程安全。
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if( null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

代码中加了 synchronized 同步锁， 保证了多线程下的安全性， 但是， 效率实在是太低！那么， 应该怎么办呢

六、懒汉式 - DC 模式

/**
 * <单例模式 - DC模式>
 *
 * @author CoWitoSug
 * @createTime: 2020/4/15
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    public static  Singleton getInstance(){
        // 进行double check 双重检查。进一步优化效率
        if(null == instance){
            synchronized(Singleton.class){
                if( null == instance){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

为了提高效率， 对代码从以下两个方面进行了优化：

• 去掉方法同步的关键字synchronized，对Singleton.class进行加锁操作, 降低锁的粒度, 减少系统开销
• 使用 DC （ Double Check ）。即 对于 instance对象 进行 两次 空值 检测。 如果对象不为空， 则不需要重新获取对象锁。

七、懒汉式 - volatile

感觉到了 DC 部分已经很完善了， 万无一失！但是， 很遗憾， DC 模式下 也不是绝对的安全， 这次不是出现多个对象， 而是可能会出现 半个 对象的情况， 因为： 对象的创建过程不是原子的！ 也就是说在对象创建 “一半” 的时候可能就会被另一个线程 “ 返回 ”。 从而出现bug。所以， 完善后的代码为：

/**
 * <单例模式 - volatile>
 *
 * @author CoWitoSug
 * @createTime: 2020/4/15
 */
public class Singleton {
    
    // 为对象添加volatile关键字， 保证其原子性
    private static volatile  Singleton instance;
    
    private Singleton(){}
    
    public static  Singleton getInstance(){
        if(null == instance){
            synchronized(Singleton.class){
                if( null == instance){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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