小小的單例模式竟然有這么多種寫法?
單例模式應該是設計模式中最容易理解也是用得最多的一種模式了，同時也是面試的時候最常被問到的模式。
1. 單例模式的定義
單例模式指的是一個類中在任何情況下都絕對只有一個實例，并且提供一個全局訪問點。
2. 單例模式的應用場景
單例模式的應用非常廣泛，如數據庫中的連接池、J2EE中的ServletContext和ServletContextConfig、Spring框架中的ApplicationContext等等。然而在Java中，單例模式還可以保證一個JVM中只存在一個唯一的實例。
單例模式的應用場景主要有以下幾個方面：
- 當需要頻繁創建一些類的時候，使用單例可以降低系統的內存壓力，減少GC(垃圾回收) ;
- 當某些類創建實例時候需要占用的資源較多，或者實例化過程耗時比較長，且經常使用的情況;
- 當存在頻繁訪問數據庫或者文件的對象;
- 當對于一些控制硬件級別的操作，或者從系統上來講應當是單一控制邏輯的操作，是不允許存在多個實例的，否則玩完;
3. 單例模式的優缺點
3.1 單例模式的優點
- 單例模式可以保證內存中只有一個實例對象，從而會減少內存的開銷;
- 單例模式可以避免對資源的多重占用;
- 單例模式設置全局訪問點，可以起到優化和共享資源的訪問的作用;
3.2 單例模式的缺點
- 擴展難， 因為單例模式通常是沒有接口的啊，如果想要擴展，那么你唯一途徑就是修改之前的代碼，所以說單例模式違背了開閉原則;
- 調試難，因為在并發測試中，單例模式是不利于代碼的調試的，單例中的代碼沒有執行完，也不能模擬生成一個新對象;
- 違背單一職責原則，因為單例模式的業務代碼通常寫在一個類中，如果功能設計不合理，就很容易違背單一職責原則;
4. 單例模式的實現方式及其優缺點
4.1 單例模式的餓漢式實現
4.1.1 餓漢式標準寫法
Singleton類稱為單例類，通過內部初始化一次 ， 隱藏構造方法， 并提供一個全局訪問點的方式實現。
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式的通用寫法
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class Singleton {
- /**
- * 內部初始化一次
- */
- private static final Singleton instance = new Singleton();
- /**
- * 隱藏構造方法
- */
- private Singleton() {
- }
- /**
- * 提供一個全局訪問點
- *
- * @return Singleton
- */
- public static Singleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
以上餓漢式單例寫法在類的初始化的時候就會進行初始化操作，并且創建對象，絕對的線程安全，因為此時線程還沒有出現就已經實例化了，故不會存在訪問安全的問題。
4.1.2 餓漢式靜態塊機制寫法
餓漢式還有一種實現，那就是靜態塊機制，如下代碼所示：
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式 餓漢式靜態機制 實現
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class HungryStaticSingleton {
- private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;
- //靜態代碼塊 類加載的時候就初始化
- static {
- hungrySingleton=new HungryStaticSingleton();
- }
- /**
- * 私有化構造函數
- */
- private HungryStaticSingleton(){}
- /**
- * 提供一個全局訪問點
- * @return
- */
- public static HungryStaticSingleton getInstance() {
- return hungrySingleton;
- }
- }
我們分析一下這種是寫法 ，可以明顯的看到所以對象是類在加載的時候就進行實例化了，那么這樣一來，會導致單例對象的數量不確定，從而會導致系統初始化的時候就造成大量內存浪費，況且你用不用還不一定，還一直占著空間，俗稱“占著茅坑不拉屎”。
4.2 單例模式的懶漢式實現
為了解決餓漢式單例寫法可能帶來的內存浪費問題，這里分析一下懶漢式單例的寫法。如下代碼所示：
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式 懶漢式單例實現
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class LazySimpleSingleton {
- private static LazySimpleSingleton lazySingleton = null;
- /**
- * 私有化構造函數
- */
- private LazySimpleSingleton() {
- }
- /**
- * 提供一個全局訪問點
- *
- * @return
- */
- public static LazySimpleSingleton getInstance() {
- if (lazySingleton == null) {
- lazySingleton = new LazySimpleSingleton();
- }
- return lazySingleton;
- }
- }
這樣實現的好處就是只有對象被使用的時候才會進行初始化，不會存在內存浪費的問題，但是它會在多線程環境下，存在線程安全問題。我們可以利用synchronized關鍵字將全局訪問點方法變成一個同步方法，這樣就可以解決線程安全的問題，代碼如下所示：
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式 懶漢式單例實現 synchronized修飾
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class LazySimpleSingleton {
- private static LazySimpleSingleton lazySingleton = null;
- /**
- * 私有化構造函數
- */
- private LazySimpleSingleton() {}
- /**
- * 提供一個全局訪問點
- *
- * @return
- */
- public synchronized static LazySimpleSingleton getInstance() {
- if (lazySingleton == null) {
- lazySingleton = new LazySimpleSingleton();
- }
- return lazySingleton;
- }
- }
但是，這樣雖然解決了線程安全的問題，可是如果在線程數量劇增的情況下，用synchronized加鎖，則會導致大批線程阻塞，從而驟減系統性能。
4.3 單例模式的雙重檢測實現
在上述代碼上進一步優化，代碼如下所示：
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式 懶漢式-雙重檢測單例實現
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class LazyDoubleCheckSingleton {
- // volatile 關鍵字修飾
- private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazySingleton ;
- /**
- * 私有化構造函數
- */
- private LazyDoubleCheckSingleton() {}
- /**
- * 提供一個全局訪問點
- *
- * @return
- */
- public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
- // 這里先判斷一下是否阻塞
- if (lazySingleton == null) {
- synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class){
- // 判斷是否需要重新創建實例
- if (lazySingleton == null) {
- lazySingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
- }
- }
- }
- return lazySingleton;
- }
- }
()方法時，第二個線程也可以調用，但是第一個線程執行synchronized時候，第二個線程就會發現阻塞，但是此時的阻塞是getInstance()內部的阻塞。
4.4 單例模式的靜態內部類實現
雖然雙重檢測鎖的單例模式解決了線程安全和性能問題，但是畢竟涉及加鎖的操作，多多少少就會到了性能的影響，下面我們分享一下更加優雅的單例模式實現，如下代碼所示：
- /**
- * msJava
- *
- * @Description 單例模式 靜態內部類單例實現
- * @Date 2021-01-23
- */
- public class LazyStaticInnerClassSingleton {
- // 在構造方法里面拋出異常真的合適？
- private LazyStaticInnerClassSingleton(){
- if(LazyHolder.INSTANCE != null){
- throw new RuntimeException("不允許創建多個實例");
- }
- }
- // static 保證這個方法不會被重寫 覆蓋
- private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
- return LazyHolder.INSTANCE;
- }
- // Java 默認不會加載內部類
- private static class LazyHolder{
- private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE=new LazyStaticInnerClassSingleton();
- }
- }
5. 總結
單例模式面試幾乎必備!
