设计模式学习笔记｜单例模式 Singleton

单例模式是设计模式中比较经常听说的设计模式，也是比较容易掌握的设计模式。基本上接触过设计模式的人别的模式不一定能说出来，但是一般“单例模式”和“工厂模式”是都能说出来的。

很多时候，我们都会以为单例模式是比较好掌握的，但是后来在我的学习当中，我发现还是有很多问题是没有考虑到的，甚至是想象不到的。

单例模式是要使类的实例在内存中只有一份。听起来挺容易的，但是这个还真是没有想象的那么简单。我的代码使用 Java 来进行描述。

通常情况下，在使用 Java 来完成 单例模式 的时候，都知道存在两种写法，一种是饿汉模式，另一种是懒汉模式。所谓饿汉模式，就是在类加载入内存之后，直接实例化一个对象出来；懒汉模式是在需要的时候再去实例化一个对象出来。

为什么有饿汉模式和懒汉模式呢？这得从它们的加载时机来考虑。很多人认为，饿汉模式在类进入内存就实例化一个对象有些不妥，因为没有使用，为什么要着急实例化呢，所以就出现了懒汉模式。懒汉模式是在需要的时候才去实例化类的对象，但是懒汉模式会因为多线程的问题，会导致实例化多个对象出来，而此时就需要解决多线程同步的问题。解决多线程同步的问题，就需要用到锁，那么就又带来了效率上的问题。

说了这么多，那么来看看，到底如何来使用 Java 语言完成一个 单例模式。

饿汉模式

先来看看饿汉模式的代码：

public class Singleton01 {
​
    private static final Singleton01 INSTANCE = new Singleton01();
​
    // 构造函数为 private
    private Singleton01() {}
​
    public static Singleton01 getInstance() { return INSTANCE; }
​
    // 此处模拟类中处理业务的方法
    public void m() {
        System.out.println("m");
    }
​
    public static void main(String[] args) {
        Singleton01 s1 = Singleton01.getInstance();
        Singleton01 s2 = Singleton01.getInstance();
​
        // 两个引用指向的是一个对象
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}
​```
单例模式的第一步就是将 构造方法 的访问修饰符设置为 private，使得外部无法直接实例化。然后在类中定义一个静态的 getInstance 方法用来获取实例。

使用饿汉模式的单例，在类加载到内存后，静态变量只实例化一次，JVM 保证其线程的安全。

其缺点是，不管该类是否要使用，都会马上得到一个实例。因此，这就有了懒汉模式。


#### 懒汉模式
懒汉模式的单例的代码：

public class Singleton06 {
private static volatile Singleton06 INSTANCE;
​
private Singleton06() {}
​
public static Singleton06 getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
// 双重检查
synchronized (Singleton06.class) {
if (INSTANCE == null) {
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
​
INSTANCE = new Singleton06();
}
}
}
​
return INSTANCE;
}
​
public void m() {
System.out.println("m");
}
​
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i ++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Singleton06.getInstance().hashCode());
}).start();
}
}
}
​```
以上就是懒汉模式的代码。

在懒汉模式中，使用了 synchronized 来解决方法“不可重入”的问题，其中使用 Thread.sleep 来让线程休息一下，从而让出线程所占用的 CPU 而产生线程的切换。可以把第一个 if 判断和 synchronized 两行删掉，只留下最里面的 if 语句块的内容，就会发现会实例化多个对象了。

实例化多个对象

在 Java 中提供了反射的机制，即使使用单例模式，仍然可以实例化出多个对象。无论是上面的饿汉模式，还是懒汉模式，都可以实例化多个实例。

这里使用第一个饿汉模式的代码进行测试，测试代码如下：

Class aClass = Class.();
Singleton01 s3 = (Singleton01) aClass.newInstance();

代码很简单，只有上面两句，但是这样就已经实例化出了一个对象，且通过 s3 可以调用该类中的方法。

因此这样，就可以实例化对象出来了，内存中就有了一个类的多个实例了。

枚举类的单例

枚举在很多语言中都有，一般情况就是定义一些有限的常量。其实，枚举类中可以定义方法。看一下枚举类的单例代码，代码如下：

public enum Singleton08 {
    INSTANCE;
​
    public void m() {
        System.out.println("m");
    }
​
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i ++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Singleton08.INSTANCE.hashCode());
            }).start();
        }
    }
}

以上代码，仍然通过 new Thread 多线程来得到其实例。
但是，通过输出可以看出，其 hashCode 始终是一样的。
接着使用上面的反射来获取枚举类的实例，代码如下：

Class aClass = ;
{
    aClass = Class.();
    Singleton01 s3 = (Singleton01) aClass.newInstance();

然后代码执行到 newInstance 方法时会报错，提示访问异常。
因为枚举类没有定义构造函数，因此无法实例化。
也就是说使用枚举类，即可以保证线程的安全，也可以防止反射来实例化。算是一种完美的方法。

最后

看似简单的单例模式，其中竟然也蕴含着这么多的知识点，学完真是受益非浅。虽然只是一个单例模式，掌握了一种设计模式，但是从各种实现中，又学到了很多其他的知识。比如，类实例化的时机，多线程方法的不可重入，枚举类的另类用法等。

所以，知识如果能够串联起来，那么才能把学到的知识融会贯通，真正掌握和吸收。

这就是我关于设计模式中单例模式的一篇笔记。

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