单例模式——你真的懂单例模式？

单例模式

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：私有化构造方法

以下是单例模式7种设计方式以及特点说明：

1，饿汉模式

package com.zl.Singleton;

//类加载到内存后就实例化一个对象，JVM保证线程安全
//经济实惠，推荐使用
//唯有一点小不足：不管用到与否，类装载时就完成实例化

public class Singleton01 {

    private static final Singleton01 singleton = new Singleton01();

    private Singleton01(){
    }

    public static Singleton01 getInstance(){
        return singleton;
    }

}

2，懒汉式

package com.zl.Singleton;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

//达到了按需初始化的目的，但是带来了更大的问题：线程不安全
public class Singleton02 {

    private static Singleton02 singleton;

    private Singleton02(){
    }

    public static Singleton02 getInstance(){
        if(singleton == null){

            //模拟业务场景，费点时间
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            singleton = new Singleton02();
        }
        return singleton;
    }

    //测试多线程下，单例模式不成立（多线程非安全）
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(()->
                    System.out.println(Singleton02.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }

}

3，懒汉式+ synchronized

package com.zl.Singleton;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

//达到了想要的目的，但效率底下
public class Singleton03 {

    private static Singleton03 singleton;

    private Singleton03(){
    }

    public static synchronized Singleton03 getInstance(){
        if(singleton == null){

            //模拟业务场景，费点时间
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            singleton = new Singleton03();
        }
        return singleton;
    }

    //测试多线程下，单例模式成立（多线程安全）
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(()->
                    System.out.println(Singleton03.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }

}

4，懒汉式+ synchronized+妄想通过减少同步代码块提高效率（实际不可行）

package com.zl.Singleton;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

//达到了想要的目的，但效率底下
public class Singleton04 {

    private static Singleton04 singleton;

    private Singleton04(){
    }

    public static Singleton04 getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized(Singleton04.class){
                //模拟业务场景，费点时间
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                singleton = new Singleton04();
            }
        }
        return singleton;
    }

    //测试多线程下，单例模式不成立（多线程不安全）
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(()->
                    System.out.println(Singleton04.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }

}

不可行分析：当A线程来调用 getInstance() 方法，判断 singleton 不为空，在A线程还没有把 singleton new出来，B线程也来调用 getInstance() 方法，判断 singleton 不为空，又new了一次

5，看似完美的“双重校验锁（double check lock）”

package com.zl.Singleton;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

//达到了想要的目的，看似完美，en... 确实也算不错
public class Singleton05 {

    private volatile static Singleton05 singleton;//思考为什么加volatile？

    private Singleton05() {
    }

    public static Singleton05 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton05.class) {
                if (singleton == null) {
                    //模拟业务场景，费点时间
                    try {
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    singleton = new Singleton05();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }

    //测试多线程下，单例模式成立（多线程安全）
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(() ->
                    System.out.println(Singleton05.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }

}

思考实例变量为什么加volatile？

Java JVM内部有一个优化，会对汇编指令进行重排序，会在对象半初始化状态返回对象，造成数据丢失。

我们new一个对象时，JVM内部不是一步到位的，如 Object object = new Object();

它先new了一个对象，然后初始化，指向分配内存地址，return

加volatile是为了禁止指令重排序

扩展：一线大厂面试题。

面试官：知道单例模式吗？了解过double check lock的单例模式吗？为什么实例变量要加volatile？

6，完美的静态内部类实现

package com.zl.Singleton;

//完美的方法
//JVM保证单例，类只加载一次
//加载外部类时不会加载内部类
public class Singleton06 {

    private Singleton06() {
    }

    private static class Singleton06Holder{
        private final static Singleton06 singleton = new Singleton06();
    }

    public static Singleton06 getInstance() {
        return Singleton06Holder.singleton;
    }

    //测试多线程下，单例模式成立（多线程安全）
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(() ->
                    System.out.println(Singleton06.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }

}

7，更加完美的方法？有，枚举类（无构造方法）

Java创始人之一Joshua 在Effective Java 一书提到这种方式

package com.zl.Singleton;

//不仅解决线程同步，而且可以防止方序列化
public enum  Singleton07 {

    singleton;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //jdk1.8之后的lambda表达式
            new Thread(() ->
                    System.out.println(singleton.hashCode())
            ).start();
        }
    }

}