Java面试之单例模式的六种实现方式

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前言

由于设计模式在面向对象中起着举足轻重的作用，在面试中很多公司都喜欢问一下有关设计模式的问题。在常用的设计模式中，Singleton单例模式是唯一一个能用短短几十行代码完整实现的模式，因此，写一个Singletion类型是一个很常见的面试题。

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一、为什么要用单例模式

节省内存，单例对象可避免频繁的创建与销毁，带来性能的提升。
在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。

二、单例模式的六种实现

2.1 饿汉式

2.1.1 饿汉式代码实现

public class Singleton{
	private Singleton(){}
	private static Singleton instance = new Singleton();
	public static Singleton getInstance(){
		return instance;
	}
}

2.1.2 饿汉式代码实现要点解析

1、私有构造
2、创建私有静态实例
3、提供公有静态get方法返回该静态实例

2.1.3 饿汉式代码实现优点

1、实现简单
2、无线程安全问题

2.1.4 饿汉式代码实现缺点

1、初始化耗时，导致系统启动缓慢
2、在类装载的时候就完成了实例化，没有做到Lazy Loading（延迟加载）、按需加载
3、极端情况下，还是可以拿到多实例，如通过反射。

2.2 懒汉式1.0

2.2.1 懒汉式1.0代码实现

public class Singleton{
	private Singleton(){}
	private static Singleton instance = null;
	public static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

2.2.2 懒汉式1.0代码实现要点解析

1、私有构造
2、初始化一个为null的静态实例instance
3、提供公有静态get方法，判断instance为null时，则创建该对象并赋给instance，然后返回该静态实例

2.2.3 懒汉式1.0代码实现优点

1、延迟加载，在使用时才会开辟空间

2.2.4 懒汉式1.0代码实现缺点

1、线程不安全，只能在单线程情况下使用，在多线程情况下，一个线程进if(instance == null)判断中，还未来得及创建对象，另外一个线程也来到判断语句，这时也会通过判断，这样就会创建多个实例。

总的来说在多线程环境中不能使用这种方式。

2.3 懒汉式2.0

2.3.1 懒汉式2.0代码实现

public class Singleton{
	private Singleton(){}
	private static Singleton instance = null;
	public static synchronized Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

2.3.2 懒汉式2.0代码实现要点解析

1、私有构造
2、创建私有静态实例
3、提供加synchronized的公有静态get方法返回该静态实例

2.3.3 懒汉式2.0代码实现优点

1、用的时候开辟内存
2、解决线程安全问题

2.3.4 懒汉式2.0代码实现缺点

1、效率太低。下一个线程想要获取对象，必须等待上一个线程释放锁之后才能获取。每次调用都需要获取锁与释放锁，在大量并发请求时将产生性能问题。
2、并发度低。由于加入了synchronized，并行度为1，导致并发度低。
3、极端情况下，还是可以拿到多实例,如通过反射。

2.4 懒汉式3.0——双重检查Double Check

2.4.1 双重检查代码实现

public class Singleton{
	private Singleton(){}
	private static Singleton instance = null;
	public static synchronized Singleton getInstance(){
		if(instance == null){//这个检查是提高效率的
			synchronized (Singleton.class){
				if(instance == null){//这个检查是保证线程安全的
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

2.4.2 双重检查代码实现要点解析

1、私有构造
2、创建私有静态实例
3、提供加synchronized的公有静态get方法返回该静态实例，该get方法中首先判断instance是否为null，然后加个synchronized块，里面再对instance进行判断，为空才创建对象

2.4.3 双重检查代码实现优点

1、实现简单
2、立即加载，无线程安全问题

2.4.4 双重检查代码实现缺点

极端情况下，还是可以拿到多实例,如通过反射。

2.5 静态内部类（推荐）

2.5.1 静态内部类代码实现

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

2.5.2 静态内部类代码实现要点解析

1、私有构造
2、创建私有静态内部类，该静态内部类中含有static 和final修饰的实例对象
3、提供公有静态get方法返回该静态实例

2.5.3 静态内部类代码实现优点

1、延迟加载，效率高
2、无线程安全问题。类的静态属性只会在第一次加载类时初始化，这样JVM帮助我们保证了线程安全性，因为在类初始化时别的线程无法进入。

2.5.4 静态内部类代码实现缺点

静态内部类虽然保证了单例在多线程并发下的线程安全性，但是在遇到序列化对象时，默认的方式运行得到的结果就是多例的。
极端情况下，还是可以拿到多实例，如通过反射。

2.5.5 静态内部类与饿汉式对比

此方法可以看作饿汉式的改进版，两者都采用类装载机制来保证初始化实例时只有一个线程。
不同之处在于饿汉式只要Singleton类被装载就会实例化，没有延迟加载；
而静态内部类方式再Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时才会调用getInstance方法装载SingletonInstance 类，从而完成Singleton实例化。

总的来说推荐使用。

2.6 枚举（推荐）

2.6.1 枚举代码实现

public class Singleton{
	//内部类使用枚举类
	private enum SingletonEnum {
		INSTANCE;
		private Singleton singleton;
		//在枚举类的构造器里初始化singleton
		SingletonEnum() {
			singleton = new Singleton ();
		}
		private Singleton getSingleton() {
            return singleton;
        }
	}
	//对外提供获取单例的方法
	public static Singleton getInstance(){
		return SingletonEnum.INSTANCE.getSingleton();
	}
}

2.6.2 枚举代码实现要点解析

1、内部类使用枚举类
2、在枚举类的构造器里初始化singleton，提供私有方法供本类获取singleton
3、对外提供获取单例的方法

2.6.3 枚举实现优点

1、支持延迟加载，可做到按需加载
2、支持高并发
3、防止反射和反序列化攻击

总的来说推荐使用。

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