单例模式——独一无二的对象

面试官：带笔了吧，那写两种单例模式的实现方法吧

沙沙沙刷刷刷~~~ 写好了

面试官：你这个是怎么保证线程安全的，那你知道，volatile 关键字? 类加载器？锁机制？？？？

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单例模式——独一无二的对象

单例模式，从我看 《Java 10分钟入门》那天就听过的一个设计模式，还被面试过好几回的设计模式问题，今天一网打尽~~

有一些对象咱们确实只须要一个，好比，线程池、数据库链接、缓存、日志对象等，若是有多个的话，会形成程序的行为异常，资源使用过量或者不一致的问题。你也许会说，这种我用全局变量不也能实现吗，还整个单例模式，好像你很流弊的样子，若是将对象赋值给一个全局变量，那程序启动就会建立好对象，万一这个对象很耗资源，咱们还可能在某些时候用不到，这就形成了资源的浪费，不合理，因此就有了单例模式。

单例模式的定义

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局惟一访问点

单例模式的类图

单例模式的实现

饿汉式

• static 变量在类装载的时候进行初始化
• 多个实例的 static 变量会共享同一块内存区域

用这两个知识点写出的单例类就是饿汉式了，初始化类的时候就建立，饥不择食，饿汉

public class Singleton {

    //构造私有化，防止直接new
    private Singleton(){}

    //静态初始化器（static initializer）中建立实例，保证线程安全
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式是线程安全的，JVM在加载类时立刻建立惟一的实例对象，且只会装载一次。

Java 实现的单例是一个虚拟机的范围，由于装载类的功能是虚拟机的，因此一个虚拟机经过本身的ClassLoader 装载饿汉式实现单例类的时候就会建立一个类实例。（若是一个虚拟机里有多个ClassLoader的话，就会有多个实例）

懒汉式

懒汉式，就是实例在用到的时候才去建立，比较“懒”

单例模式的懒汉式实现方式体现了延迟加载的思想（延迟加载也称懒加载Lazy Load，就是一开始不要加载资源或数据，等到要使用的时候才加载）

同步方法

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

      //解决了线程不安全问题，可是效率过低了，每一个线程想得到类的实例的时候，都须要同步方法，不推荐
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

双重检查加锁

public class Singleton {

      //volatitle关键词确保，多线程正确处理singleton
    private static volatile Singleton singleton;
  
    private Singleton(){}
  
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton ==null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

Double-Check 概念（进行两次检查）是多线程开发中常用的，为何须要双重检查锁呢？由于第一次检查是确保以前是一个空对象，而非空对象就不须要同步了，空对象的线程而后进入同步代码块，若是不加第二次空对象检查，两个线程同时获取同步代码块，一个线程进入同步代码块，另外一个线程就会等待，而这两个线程就会建立两个实例化对象，因此须要在线程进入同步代码块后再次进行空对象检查，才能确保只建立一个实例化对象。

双重检查加锁（double checked locking）线程安全、延迟加载、效率比较高

volatile：volatile通常用于多线程的可见性，这里用来防止指令重排（防止new Singleton时指令重排序致使其余线程获取到未初始化完的对象）。被volatile 修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，全部对该变量的读写都是直接操做共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。

指令重排

指令重排是指在程序执行过程当中, 为了性能考虑, 编译器和CPU可能会对指令从新排序。

Java中建立一个对象，每每包含三个过程。对于singleton = new Singleton()，这不是一个原子操做，在 JVM 中包含以下三个过程。

1. 给 singleton 分配内存
2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，造成实例
3. 将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 null 了）

可是，因为JVM会进行指令重排序，因此上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序多是 1-2-3，也多是 1-3-2。若是是 1-3-2，则在 3 执行完毕，2 未执行以前，被另外一个线程抢占了，这时 instance 已是非 null 了（但却没有初始化），因此这个线程会直接返回 instance，而后使用，那确定就会报错了，因此要加入 volatile关键字。

静态内部类

public class Singleton {

    private Singleton(){}

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

采用类加载的机制来保证初始化实例时只有一个线程；

静态内部类方式在Singleton 类被装载的时候并不会当即实例化，而是在调用getInstance的时候，才去装载内部类SingletonInstance ,从而完成Singleton的实例化

类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，因此，JVM帮咱们保证了线程的安全性，在类初始化时，其余线程没法进入

优势：线程安全，利用静态内部类实现延迟加载，效率较高，推荐使用

枚举

enum Singleton{
  INSTANCE;
  public void method(){}
}

借助JDK5 添加的枚举实现单例，不只能够避免多线程同步问题，还能防止反序列化从新建立新的对象，可是在枚举中的其余任何方法的线程安全由程序员本身负责。还有防止上面的经过反射机制调用私用构造器。不过，因为Java1.5中才加入enum特性，因此使用的人并很少。

这种方式是《Effective Java》 做者Josh Bloch 提倡的方式。

单例模式在JDK 中的源码分析

JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式（饿汉式）

单例模式注意事项和细节

• 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些须要频繁建立销毁的对象，使用单例模式能够提升系统性能
• 当想实例化一个单例类的时候，必需要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使 用new
• 单例模式使用的场景：须要频繁的进行建立和销毁的对象、建立对象时耗时过多或 耗费资源过多(即:重量级对象)，但又常常用到的对象、工具类对象、频繁访问数 据库或文件的对象(好比数据源、session工厂等)

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