《我是面試官》設計模式-單例模式

設計模式-單例模式

《巫師3》中，陪着主人公南征北戰的坐騎，不管你何時何地召喚它，它永遠只有一個名字——蘿蔔。

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面試開始

HR ：來了一個面試Java的，我讓他在小會議室等着了。

面試官 ：好的，我就來。

面試官用一次性紙杯倒了杯水，夾着Mac，進了小會議室。看見一個20出頭的精神小夥，帶着黑框眼鏡，髮量誘人，像極了N年前的自己，風華正茂，書生意氣。

面試官 ：你好，先喝杯水吧。（不給應聘者倒水的公司都是不靠譜的）我看你簡歷上寫着精通設計模式，要不我們就聊聊設計模式吧。

應聘者 ：可以呀。

一句輕描淡寫的“可以呀”，但經驗豐富的面試官還是發現了平靜面容下，應聘者的一絲絲竊喜，好像很胸有成竹的樣子。

面試官 ：那就說說，你平時都用了哪些設計模式吧？

應聘者 ：（內心狂喜ing）我平時使用最多的設計模式有單例模式。單例模式屬於23種設計模式中的創建型的設計模式。23種設計模式可以分爲3種：創建型、結構型和行爲型。單例模式確保了一個類只有一個實例。單例模式有5種實現方式：懶漢式、餓漢式、Double-Check方式、靜態內部類方式、枚舉方式。

面試官 ：嗯，你對單例模式瞭解的不錯嘛。你先說下爲什麼要使用單例模式吧。

應聘者 ：單例模式其實很簡單，就是一個類只能創建一個實例。在程序中，有一些對象只需要一個，比如說：線程池、緩存、對話框、註冊表、日誌對象、充當打印機、顯卡等設備驅動程序的對象。事實上，這一類對象只能有一個實例，如果製造出多個實例就可能會導致一些問題的產生，比如：程序的行爲異常、資源使用過量、或者不一致性的結果。還有些業務上就只會有一個，比如公司主體等。

面試官 ：那如何實現一個單例呢？

應聘者 ：實現單例有好幾種方式，有餓漢式、懶漢式、靜態內部類，或者使用枚舉來實現。使用單例模式，一般把類的構造函數設置爲private，避免通過new創建多個示例。我先來說下餓漢方式吧。

應聘者喝了口水，似乎準備開始表演了。

應聘者 ：餓漢式實現比較簡單。類有一個靜態的實例，一般取名爲instance。在類加載的時候，就會創建並初始化好instance實例。所以，餓漢式是線程安全的。

面試官 ：你能寫一下具體的實現代碼嗎？

應聘者很快就在紙上寫出了餓漢式的代碼實現：

public static Singleton{
    private static final Singleton = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

看的出來，應聘者對餓漢式的代碼實現很熟悉，編碼風格和命名也很不錯。我在面試的時候，就有幾位應聘者不知道如何給類命名，有的使用Danli，有的使用Single或One。

面試官 ：嗯，很不錯。你平時都使用這種方式嗎？

應聘者 ：哦，不是的。餓漢式雖然簡單，但是有個問題是，它不支持延遲加載，或者叫按需加載。在系統啓動時，就必須要創建實例。

面試官 ：這樣會有什麼問題嗎？

應聘者 ：如果實例佔用資源多，比如內存佔用高，或者初始化耗時長（比如需要加載各種配置文件），提前初始化就會造成浪費。應該在用到的時候再去初始化。

面試官 ：如果初始化耗時長，等用到的時候再初始化。就可能在用戶請求接口的時候，觸發了這個初始化過程，會導致請求的響應時間很長，甚至超時。對用戶造成影響。所以，究竟是啓動時初始化好，還是延遲初始化好呢？

應聘者 ：啊，這個。。。（這個面試官不按套路出牌呀）網上說的都是要延遲加載。

面試官 ：還有，如果實例佔用資源多，比如內存使用高。如果延遲加載，可能會出現在程序運行一段時間後，因爲初始化實例，佔用資源多，出現了OOM，程序崩潰。根據Fast Fail原則，是不是就應該在啓動時初始化實例，如果資源不夠，我們就能快速發現問題，儘快進行修復，而不會讓問題在生產環境中才暴露。

應聘者 ：嗯，好像有道理。但我看網上的文章都說這種方式不好。

面試官 ：那你覺得哪種方式好呢？

應聘者 ：（內心有些搖擺，有些凌亂）

面試官 ：那我們再聊聊延遲加載的單例？

應聘者 ：嗯嗯，好呀。延遲加載就是在使用的時候才進行初始化，它的代碼實現是這樣的：

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

面試官 ：嗯，不錯嘛。我看getInstance方法中，有多個null判斷，還有個synchronized鎖，能不能解釋一下。

應聘者 ：這個叫雙重檢查（Double Check）。加synchronized是爲了保證線程安全。null判斷是爲了提升性能。如果不在前面先判斷instance是否爲null，就需要在每次使用時，先獲取鎖，然後釋放鎖，會導致性能瓶頸。

應聘者 ：所以使用了雙重檢查，只要instance被創建後，即使再調用getInstance，也不會再加鎖了。解決了性能問題。

應聘者 ：網上有人說，這種實現方式也有問題。因爲指令重排，可能會導致Singleton被new出來後，被賦值給了instance，還沒來得及初始化，就被另一個線程使用了，可能會出現NPE錯誤。要解決這個問題，我們需要給instance成員變量添加volatile關鍵字，禁止指令重排。

面試官 ：嗯，你對Java指令重排也有了解呀，不錯。關於線程安全，我們稍後再仔細聊聊吧。

應聘者 ：（不要啊，我就只記住了這一段。待會兒一聊就露餡了啊。。。）

面試官：你知道還有其它實現單例的方式嗎？

應聘者 ：還有個靜態內部類方式。它比雙重檢查更加簡單。就是利用Java的靜態內部類。代碼實現是這樣的：

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

應聘者 ：SingletonHolder是一個內部靜態類，當外部Singleton被加載時，並不會創建SingletonHolder實例對象。只有當調用getInstance方法時，SingletonHolder才被加載，這個時候纔會創建instance。instance的唯一性、創建過程的線程安全有JVM虛擬機來保證。所以，這種實現方法既保證了線程安全，又能做到延遲加載。

應聘者 ：還有一種使用枚舉創建單例的方式。

面試官 ：哇，還有嘛。那你再說說吧。

應聘者 ：使用枚舉應該是最簡單的。它利用了Java枚舉類型本身的特點，保證了實例創建的線程安全和實例唯一性。代碼如下：

public enum Singleton{
    INSTANCE;
}

面試官 ：你平時都是使用這個方式嗎？

應聘者 ：沒有呢。這種方式的確簡單，而且也是《Effective Java》作者推薦的。但是我覺得用枚舉來表達一個單例，這種方式比較奇怪。總覺得是一樣投機取巧的方式。

面試官 ：哈哈哈。。的確是這樣，開源項目中也很少會使用這種方式，是比較怪。你對單例模式的理解很深入呀，說出了這麼多種實現，不錯不錯。剛纔看你對線程安全也挺了解的，那我們接下來再聊聊Java多線程吧。

應聘者 ：（狠狠抽了幾下耳巴子。。。叫你多嘴。。。）

重點回顧

單例模式是面試中經常出現的話題。單例模式本身比較簡單，就是一個類只有一個實例。大部分面試者在面試準備時，都會閱讀單例的相關知識點，比如單例模式的多種實現。

但是，希望大家不要僅僅是背誦，還應該多去理解。本文的面試中，面試官問了一個問題，到底是啓動時初始化好，還是延遲加載好呢？這個問題，大家可以自己思考一下。

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