单例设计模式(Singleton Pattern)完全解析

2、为什么会有单例设计模式？

我们都知道单例模式是在开发中用的最多的一种设计模式，那么究竟为什么会有单例设计模式呢？对于这个问题相信有很多会写单例的人都会有个这个疑问。在这里先说一下单例的用途，然后举一个例子大家就会明白为什么会有单例了。单例模式主要是为了避免因为创建了多个实例造成资源的浪费，且多个实例由于多次调用容易导致结果出现错误，而使用单例模式能够保证整个应用中有且只有一个实例。从其名字中我们就可以看出所谓单例，就是单个实例也就是说它可以解决的问题是：可以保证一个类在内存中的对象的唯一性，在一些常用的工具类、线程池、缓存，数据库，账户登录系统、配置文件等程序中可能只允许我们创建一个对象，一方面如果创建多个对象可能引起程序的错误，另一方面创建多个对象也造成资源的浪费。在这种基础之上单例设计模式就产生了因为使用单例能够保证整个应用中有且只有一个实例，看到这大家可能有些疑惑，没关系，我们来举一个例子，相信看完后你就会非常明白，为什么会有单例。

假如有一个有这么一个需求，有一个类A和一个类B它们共享配置文件的信息，在这个配置文件中有很多数据如下图所示

如上图所示现在类ConfigFile中存在共享的数据Num1，Num2，Num3等。假如在类A中修改ConfigFile中数据，在类A中应该有如下代码：

ConfigFile configFile=new ConfigFile();
configFile. Num1=2;

ConfigFile configFile=new ConfigFile();
System. out.println("configFile.Num1=" +configFile.Num1);

即直接new ConfigFile();然后打印Num1,大家思考一下这时候打印出的数据为几？我想你应该知道它打印的结果是这样的：configFile.Num1=1;也就是说因为每次调用都创建了一个ConfigFile对象，所以导致了在类A中的修改并不会真正改变ConfigFile中的值，它所更改的只是在类A中说创建的那个对象的值。假如现在要求在类A中修改数据后，要通知类B，即在类A和类B中操作的数据是同一个数据，类A改变一个数据，类B也会得到这个数据，并在类A修改后的基础上进行操作，那么我们应该怎么做呢?看到这大家可能会说so easy,把ConfigFile中的数据设置为静态不就Ok了吗？对，有这种想法很好，这样做也没有错。但是我们都知道静态数据的生命周期是很长的，假如ConfigFile中有很多数据时，如果将其全部设成静态的，那将是对内存的极大损耗。所以全部设置成静态虽然可行但并不是一个很好的解决方法。那么我们应该怎么做呢？要想解决上面的问题，其实不难，只要能保证对象是唯一的就可以解决上面的问题，那么问题来了如何保证对象的唯一性呢？这样就需要用单例设计模式了。

 

3、单例模式的设计思想

在上面我们说到现在解决问题的关键就是保证在应用中只有一个对象就行了，那么怎么保证只有一个对象呢？

其实只需要三步就可以保证对象的唯一性

(1)不允许其他程序用new对象。

    因为new就是开辟新的空间，在这里更改数据只是更改的所创建的对象的数据，如果可以new的话，每一次new都产生一个对象，这样肯定保证不了对象的唯一性。

(2)在该类中创建对象
   因为不允许其他程序new对象，所以这里的对象需要在本类中new出来

(3)对外提供一个可以让其他程序获取该对象的方法

   因为对象是在本类中创建的，所以需要提供一个方法让其它的类获取这个对象。

那么这三步怎么用代码实现呢？将上述三步转换成代码描述是这样的

(1)私有化该类的构造函数
(2)通过new在本类中创建一个本类对象
(3)定义一个公有的方法，将在该类中所创建的对象返回

4、单例模式的写法

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

Singleton instance = Singleton.getInstance();

优点：从它的实现中我们可以看到，这种方式的实现比较简单，在类加载的时候就完成了实例化，避免了线程的同步问题。

缺点：由于在类加载的时候就实例化了，所以没有达到Lazy Loading(懒加载)的效果，也就是说可能我没有用到这个实例，但是它也会加载，会造成内存的浪费(但是这个浪费可以忽略，所以这种方式也是推荐使用的)。

4.3单例模式的懒汉式[线程不安全，不可用]

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

这种方式是在调用getInstance方法的时候才创建对象的，所以它比较懒因此被称为懒汉式。

在上述两种写法中懒汉式其实是存在线程安全问题的，喜欢刨根问题的同学可能会问，存在怎样的线程安全问题？怎样导致这种问题的？好，我们来说一下什么情况下这种写法会有问题。在运行过程中可能存在这么一种情况：有多个线程去调用getInstance方法来获取Singleton的实例，那么就有可能发生这样一种情况当第一个线程在执行if(instance==null)这个语句时，此时instance是为null的进入语句。在还没有执行instance=new Singleton()时(此时instance是为null的)第二个线程也进入if(instance==null)这个语句，因为之前进入这个语句的线程中还没有执行instance=new Singleton()，所以它会执行instance=new Singleton()来实例化Singleton对象，因为第二个线程也进入了if语句所以它也会实例化Singleton对象。这样就导致了实例化了两个Singleton对象。所以单例模式的懒汉式是存在线程安全问题的，既然它存在问题，那么可能有解决这个问题的方法，那么究竟怎么解决呢？对这种问题可能很多人会想到加锁于是出现了下面这种写法。

4.7内部类[推荐用]

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

Singleton instance = Singleton.getInstance();

单例模式在面试中会常常的被遇到，因为它是考察一个程序员的基础的扎实程度的，如果说你跟面试官说你做过项目，面试官让你写几个单例设计模式，你写不出来，你觉着面试官会相信吗？在面试时一定要认真准备每一次面试，靠忽悠即使你被录取了，你也很有可能会对这个公司不满意，好了我们言归正传，其实单例设计模式在面试中很少有人会问饿汉式写法，一般都会问单例设计模式的懒汉式的线程安全问题，所以大家一定要充分理解单例模式的线程安全的问题，就这几种模式花点时间，认真学透，面试中遇到任何关于单例模式的问题你都不会害怕是吧。