設計模式之單例模式

寫在最前面

單例的文章很多,所以本文主要想記錄下幾種常用單例的不好理解之處

• 雙重檢測 靜態資源上的volatile 關鍵字作用 ?
• 靜態內部類怎麼實現線程安全單例 ?
• 枚舉單例怎麼理解 ?

單例的概念

• 單例模式，是一種常用的軟件設計模式。在它的核心結構中只包含一個被稱爲單例的特殊類。通過單例模式可以保證系統中，應用該模式的一個類只有一個實例。即一個類只有一個對象實例。

• Java中單例模式定義：“一個類有且僅有一個實例，並且自行實例化向整個系統提供。”
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單例的特點

• 一是某個類只能有一個實例
• 二是它必須自行創建這個實例
• 三是它必須自行向整個系統提供這個實例
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單例的幾種寫法

• 餓漢模式 (線程安全 低效)

/**
 * 類加載時就創建實例
 */
public class Singleton {
	private Singleton(){}
    private final static Singleton singleton= new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}
/**
 * 靜態代碼塊實現(類加載時)
 */
public class Singleton {
	private Singleton() {}
    private static Singleton singleton;
    static {
        singleton= new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

• 懶漢模式 (線程不安全)

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

• 懶漢加鎖 (線程安全 低效)

/**
 * 方法加鎖
 */
public class Singleton {
	private Singleton() {}
    private static Singleton singleton;
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (null == singleton) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
/**
 * 代碼塊加鎖
 */
public class Singleton {
	private Singleton() {}
    private static Singleton singleton;
    public static Singleton getInstance() {
        if (null == singleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

• 雙重檢測 (線程安全 高效)

    創建實例代碼       singleton = new Singleton();
    主要做了三件事     (1.開闢空間   2.創建對象  3.地址指向)
    1>  不加volatile:可能執行順序爲132 這時第二個獲取資源會是地址不爲空但是對象實例爲空
    2>  加上volatile:防止JVM指令重排 確保執行順序爲123 確保要麼靜態變量爲NULL 要麼有地址指向並且對象實例也不爲空
  

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

• 靜態內部類 (線程安全 高效)

    靜態內部類是怎麼保證線程安全的呢? 
    虛擬機會保證一個類的<clinit>()方法在多線程環境中被正確地加鎖、同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那麼只會有
    一個線程去執行這個類的<clinit>()方法，其他線程都需要阻塞等待，直到活動線程執行<clinit>()方法完畢。如果在一個類的
    <clinit>()方法中有耗時很長的操作，就可能造成多個進程阻塞(需要注意的是，其他線程雖然會被阻塞，但如果執行<clinit>()
    方法後，其他線程喚醒之後不會再次進入<clinit>()方法。同一個加載器下，一個類型只會初始化一次。)
    在實際應用中，這種阻塞往往是很隱蔽的
  

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

• 枚舉 (線程安全 高效)

   枚舉實現單例可能不太好理解
   其實在編譯成class文件時,會默認爲枚舉類成員加上 final static修飾
   再想想就和靜態內部類的實現幾乎一樣了
   在實際代碼中可以將需要執行一次的可寫在私有方法中
  

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void methodA() {
    }
    // 枚舉中私有方法只會執行一次
    private void methodB() {
    }
}

參考文章

• 《深入理解單例模式：靜態內部類單例原理》