小谈单例模式 | 单例模式的八种写法？
小谈单例模式 | 单例模式的八种写法
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- 一、前言
- 二、单例模式的解释
- 三、实现单例模式的8种写法
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- 1.饿汉式(静态常量)(可用)
- 2.饿汉式(静态代码块)(可用)
- 3.懒汉式(线程不安全)(不可用)
- 4.懒汉式(线程安全)(不推荐)
- 5.懒汉式(线程不安全)(不可用)
- 6.懒汉式(双重检查)(推荐面试使用)
- 7.懒汉(静态内部类方式)(可用)
- 8.枚举 推荐在项目中使用
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- 四、常见面试问题
- 五、关于几种解法的选择
- 六、参考资料
- 七、关于本系列的解释
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一、前言
最近看了很多的书还有视频，他们都花了很长的篇幅提到了单例模式，于是我想把他们都总结起来，写下这篇文章。目的就是，让小白能搞懂单例模式，以及单例模式的经典面试题。为什么说是小白也能懂的呢？哈哈哈，还不是小胖也是一个小白~~~
二、单例模式的解释
单例模式定义：一个类只能有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。其实单例模式在C#或者.NET里面更好理解，像win7的任务管理器，在系统中只能创建一个。有些理解了嘛？
单例模式只能有一个实例，实例化其实就是new的过程，是不可能阻止他人不去用new的。所以我们完全可以直接就把这个类的构造方法改成私有的。对于外部的代码，不能用new来实例化他，我们完全可以再写一个public方法，叫做getInstance()，这个方法的目的就是返回一个实例，但是在这个方法中，我们需要是否实例化的判断。
来一个简单的例子
package singleton;
/**
* 描述: 懒汉式(线程不安全)
* **/
public class Singleton3 {
private static Singleton3 instance;
private Singleton3(){
}
//如果两个线程同时到达，会出现线程不安全的情况
public static Singleton3 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Singleton3();
}
return instance;
}
}
单例模式，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。可以节省内存和计算、保证结果正确、方便管理。适用场景是无状态的工具类、全局信息类。
记住，上面的单例模式是线程不安全的。
三、实现单例模式的8种写法
1.饿汉式(静态常量)(可用)
package singleton;
/***
* 描述:饿汉式(静态常量) (可用)
* **/
public class Singleton1 {
private final static Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
private Singleton1(){
}
public static Singleton1 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
上面是饿汉式的静态常量的写法，可以看到类在加载后就完成了实例化的创建。优点：写法简单，类加载后就完成了实例的创建。缺点：提前占用系统的资源。
2.饿汉式(静态代码块)(可用)
package singleton;
/***
* 描述:饿汉式(静态代码块) (可用)
* **/
public class Singleton2 {
private final static Singleton2 INSTANCE;
static {
INSTANCE = new Singleton2();
}
private Singleton2(){
}
public static Singleton2 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
上面是饿汉式的静态代码块的方式，只不过和第一种有一些区别。优缺点和第一种是一样的。优点：写法简单，类加载后就完成了实例的创建。缺点：提前占用系统的资源。
3.懒汉式(线程不安全)(不可用)
package singleton;
/**
* 描述: 懒汉式(线程不安全)
* **/
public class Singleton3 {
private static Singleton3 instance;
private Singleton3(){
}
//如果两个线程同时到达，会出现线程不安全的情况
public static Singleton3 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Singleton3();
}
return instance;
}
}
上面的懒汉式的写法，它是线程不安全的，因为在多线程的时候，可能会有两个线程同时到达instance==null，然后都会初始化，这就创建了两个对象了，是线程不安全的，不能使用。
4.懒汉式(线程安全)(不推荐)
package singleton;
/**
* 描述:懒汉式(线程安全)(不推荐)
* */
public class Singleton4 {
private static Singleton4 instance;
private Singleton4(){
}
//但是效率不高
public synchronized static Singleton4 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Singleton4();
}
return instance;
}
}
上面是懒汉式的第二种写法，这种方法是线程安全的，但是不推荐使用，因为效率是低下的。在getInstance上面加上了synchronized的同步方法，那么只能有一个线程可以进入到这个方法中，但是在多线程的时候效率是非常低的，因为任何一个线程进入的这个方法，都需要去等待锁的释放，所以不推荐使用。
5.懒汉式(线程不安全)(不可用)
package singleton;
/**
* 描述:懒汉式(线程不安全) （不推荐）
* */
public class Singleton5 {
private static Singleton5 instance;
private Singleton5(){
}
public static Singleton5 getInstance(){
if (instance == null){
synchronized (Singleton5.class){
instance = new Singleton5();
}
}
return instance;
}
}
上面是懒汉式的第三种写法，是对第二种的改进，不在锁在方法上，加在创建对象上面，但是这可能会引发线程安全的问题。如果连个线程都判断instance==null，都进入到if里面，这时只有一个线程会运行，但是第一个线程执行完成之后，第二个线程还是会创建实例，那么就是线程不安全的。
6.懒汉式(双重检查)(推荐面试使用)
package singleton;
/**
* 描述: 双重检查
* 优点: 线程安全；延迟加载；效率较高
* 为什么要double-check
* 1.线程安全
* 2.单check为什么不行？
* 3.放在判断后面会引发线程安全问题
* 4.单层锁，但是synchronized放在方法上，这样可以，但是会导致性能问题
*
* 为什么要用volatile
* 1.新建对象实际上有3个步骤（分配内存资源，调用构造函数，将对象指向分配的内存空间）新建对象不是原子操作。
* 2.JVM重排序会带来NPE(空指针的问题)
* 3.防止重排序
* */
public class Singleton6 {
private volatile static Singleton6 instance;
private Singleton6(){
}
public static Singleton6 getInstance(){
if (instance == null){
synchronized (Singleton6.class){
if (instance == null){
instance = new Singleton6();
}
}
}
return instance;
}
}
上面就是很有名的double-check单例模式了，它的优点有：线程安全；延迟加载；效率较高。它是线程安全的，而且效率很高，推荐我们在面试的时候使用。这个代码同时也引出了我们在面试过程中的2个问题。
懒汉式单例模式为什么要用double-check，不用就不安全吗？懒汉式单例模式为什么双重检查模式要用volatile？
7.懒汉(静态内部类方式)(可用)
package singleton;
/**
* 描述: 静态内部类方式，可用
* 懒汉
* ***/
public class Singleton7 {
private Singleton7(){
}
private static class SingletonInstance{
private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
}
public static Singleton7 getInstance(){
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
上面是静态内部类的方式，是可以推荐使用的，而且效率也是可以的。外部类加载，JVM不会创建多个实例。
8.枚举 推荐在项目中使用
package singleton;
/**
* 描述:单例模式:枚举 推荐用
* */
public enum Singleton8 {
INSTANCE;
public void whatever(){
//无论什么方法
}
}
上面是枚举方式的单例模式，是生产实践中最佳的单例模式的写法，同时可以防止反序列化破坏单例。
四、常见面试问题
什么叫单例设计模式
答：单例模式的重点在于整个系统上共享一些创建时较耗资源的对象。整个应用只维护一个特定类实例，它被所有组件共同使用。Java.lang.Runtime是单例模式的经典例子。
你知道饿汉式的缺点吗？
答：饿汉模式，类一加载的时候就会实例化对象，所以要提前占用系统资源。
那懒汉式的缺点呢？
答：不会出现占用资源的问题，但是需要使用合适，否则会带来线程安全问题。
懒汉式单例模式为什么要用double-check，不用就不安全吗？
答：为了线程安全，我们需要使用double-check。
追问，单check为什么不行？(代码见5.懒汉式)
答：单check是线程不安全的(代码见5.懒汉式)，可能会有多个线程走到了 if (instance == null)的里面，由于synchronized看似只能有一个线程会创建对象，但是第二个也会创建。
追问，你可以把synchronized写在方法的外面呀？(代码见4,。懒汉式)
答：这个是可以解决线程安全的问题，但是效率不是很高，每个线程都需要等待锁的释放，会导致性能的问题，不推荐使用。
你说为什么要用volatile？
答：在多线程的时候，创建对象分为3步，CPU可能会重排序，首先建一个空的对象，然后复制给引用，然后调用构造方法。
第一个线程进来了，第一个对象已经不是空的，但是构造方法没有执行，里面的属性是空的。第二个线程发现不是空的，就会直接跳过创建实例的方法，之后再使用的时候引发的问题。使用volatile可以避免这个问题，对于第二个线程来说，他的创建过程对第一个线程来说是可见了，他就会等待创建完成。
那这么多应该如何选择，用哪种单例的实现方案最好？
答：枚举方式的单例模式，是生产实践中最佳的单例模式的写法，同时可以防止反序列化破坏单例。
那你知道happens-before原则嘛？
答：volatile就是happens-before原则呀…未完待续
请用Java写出线程安全的单例模式。
答：上面已经很多例子了，小胖觉得可以用第6种double-check。
五、关于几种解法的选择
《剑指offer》上面的推荐给面试官的解法是1.饿汉式(静态常量)(可用)和7.懒汉(静态内部类方式)(可用)。
《大话设计模式》上面的推荐也是1.饿汉式(静态常量)(可用)
《线程八大核心+Java并发底层原理精讲》上面推荐使用6.懒汉式(双重检查)(推荐面试使用)
小胖觉得可以使用第6种，这可能会打开一些面试的问题，把问题引入到我们了解熟悉的方向。当然你在手写单例模式的时候，可以去询问一下要求，是需要饿汉式还是懒汉式。
六、参考资料
书籍1：《大话设计模式》 第21章 有些类也需计划生育–单例模式
书籍2：《剑指offer》 面试题2：实现Singleton模式
视频：《线程八大核心+Java并发底层原理精讲》
七、关于本系列的解释
本系列想制作23种设计模式+7种设计原则一系列课程，其目的就是一个简单的记录学习的过程。不知道能帮助到多少人，也不知道技术是否会有一定的深度。
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