設計模式（Java語言）-單例模式

Posted: 2020-04-16/Under: 環保清潔/By: admin

　　單例模式，簡而言之就是在整個應用程序裏面有且僅有一個實例，在程序的任何時候，任何地方獲取到的該對象都是同一個對象。單例模式解決了一個全局的類被頻繁創建和銷毀的，或者每次創建或銷毀都需要消耗大量cpu資源的對象的問題。單例模式總的可以分為懶漢模式和餓漢模式，顧名思義，懶漢模式是一個非常懶的漢子，只要你沒有使用到它，它就永遠不會實例化。餓漢模式的意思就是，漢子非常饑渴，只要在程序的編譯階段就給你分配內存，創建好對象。

　　將懶漢模式和餓漢模式細分，又可以分為：

　　1、懶漢模式

　　2、餓漢模式

　　3、雙檢模式

　　4、靜態內部類模式

　　5、枚舉模式

　　不管是用哪一種方式實現的單例模式，其創建流程基本都是一直的：首先將構造方法聲明為private的，這樣就防止直接new出一個新的對象。第二，聲明一個私有的成員變量，即單例對象。第三步，聲明一個public的靜態方法，用於獲取或創建單例對象，外部想要獲取該對象必須通過這個方法獲取。

　　一、懶漢模式1–線程安全

/**
 * 餓漢模式1
 */
public class HungrySingleton1 {

    private static HungrySingleton1 singleton = new HungrySingleton1();

    private HungrySingleton1(){}

    public static HungrySingleton1 getInstance() {
        return singleton;
    }


}

　　這種懶漢模式的優點是實現非常簡單。缺點是並起到懶加載的效果，如果項目沒有使用到這個對象的就會造成資源的浪費。

　　二、餓漢模式1–線程不安全

/**
 * 懶漢模式1
 */
public class LazySingleton1 {

    private static LazySingleton1 singleton;

    private LazySingleton1(){}

    public static LazySingleton1 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new LazySingleton1();
        }
        return singleton;
    }


}

　　這種寫法雖然實現了懶加載的效果，但是嚴格意義上並不是單例模式，因為在多線程的環境下有可能會創建出多個不同的對象，至於為什麼，不懂的可以看一下我之間寫的關於Java內存模型的文章。這種寫法只能應用於單線程的環境下，局限性很大。實際中強烈不建議使用這種方法。

　　三、懶漢模式2–線程安全

/**
 * 懶漢模式2
 */
public class LazySingleton2 {

    private static LazySingleton2 singleton;

    private LazySingleton2(){}

    public static synchronized LazySingleton2 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new LazySingleton2();
        }
        return singleton;
    }


}

　　這種寫法咋看跟上面的方法一樣，這種寫法在方法上添加了 synchronized 關鍵字，這樣就保證了每次只能有一個線程進入方法體中，解決了懶漢模式1中出現的問題。這種寫法的優點是實現了懶加載的效果，缺點是效率非常低，當多個線程同時獲取實例時，有可能會造成線程阻塞的情況。不推薦使用。

　　懶漢模式3–線程不安全

/**
 * 懶漢模式3
 */
public class LazySingleton3 {

    private static LazySingleton3 singleton;

    private LazySingleton3(){}

    public static LazySingleton3 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (LazySingleton3.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new LazySingleton3();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　這種寫法進行了兩次 singleton == null 的判斷，在實際的應用中當我們調用這個方法時，其實99%的幾率是實例就已經創建好了，因此第一個 singleton == null 能過濾掉99%的調用，不用將方法鎖起來，從而提高了效率。這種方法的優點是實現懶加載的效果，效率和很高。缺點是代碼設計仍然後缺陷，jvm在為對象分配內存和賦值並不是一個原子操作，即 singleton = new LazySingleton3() 這段代碼在jvm中是由三個步驟實現的，首先jvm會在堆中為對象分配一定的內存空間，然後完成對象的初始化工作，然後將內存地址指向到對象中。但是，我們知道，jvm在編譯的時候並不總是根據我們編寫的代碼的順序來執行了，而是根據jvm覺得最優的順序執行（這個過程就叫做指令重排序），所以有可能在執行了步驟1后就執行了步驟3，這時候第二個線程進來的發現singleton並不為空，因此就直接返回了該對象，因此造成空指針異常。

　　四、雙重檢查鎖模式—線程安全

/**
 * 懶漢模式4
 */
public class LazySingleton4 {

    private volatile static LazySingleton4 singleton;

    private LazySingleton4(){}

    public static LazySingleton4 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (LazySingleton4.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new LazySingleton4();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　相較於上面的方式，這種方式只是在成員變量中添加了 volatile 關鍵字，解決了指令重排序的問題，同時確保當前線程修改了這個變量時，其他的線程能夠及時讀到最新的值。這種方法缺點是寫起來比較複雜，要求程序員對jvm比較理解。優點是既保證了線程安全，同時也能夠保證了比較高的效率。

　　五、靜態內部類模式–線程安全

/**
 * 懶漢模式5
 */
public class LazySingleton5 {

    private LazySingleton5(){}

    private static class Holder {
        private static final LazySingleton5 INSTANCE = new LazySingleton5();
    }

    public static LazySingleton5 getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }

}

　　這種寫法實現比較簡單，即實現了懶加載的效果，同時也保證的多線程環境下的線程安全問題。推薦使用這種方式。

　　六、枚舉模式 — 線程安全

/**
 * 懶漢模式6
 */
public enum  LazySingleton6 {

   INSTANCE

}

//使用方法

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        LazySingleton6 instance = LazySingleton6.INSTANCE;
        LazySingleton6 instance1 = LazySingleton6.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance1);

    }

}

　　推薦寫法，簡單高效。充分利用枚舉類的特性，只定義了一個實例，且枚舉類是天然支持多線程的。

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