单例模式——独一无二的对象

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发布于: 2020 年 05 月 20 日

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？？？？点赞+收藏 就学会系列，文章收录在 GitHub JavaEgg ，N线互联网开发必备技能兵器谱
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单例模式——独一无二的对象﻿
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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，还被面试过好几次的设计模式问题，今天一网打尽~~
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有一些对象我们确实只需要一个，比如，线程池、数据库连接、缓存、日志对象等，如果有多个的话，会造成程序的行为异常，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，如果将对象赋值给一个全局变量，那程序启动就会创建好对象，万一这个对象很耗资源，我们还可能在某些时候用不到，这就造成了资源的浪费，不合理，所以就有了单例模式。
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单例模式的定义﻿
单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局唯一访问点
单例模式的类图﻿
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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
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用这两个知识点写出的单例类就是饿汉式了，初始化类的时候就创建，饥不择食，饿汉
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public class Singleton {
    //构造私有化，防止直接new
    private Singleton(){}
    //静态初始化器（static initializer）中创建实例，保证线程安全
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}
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饿汉式是线程安全的，JVM在加载类时马上创建唯一的实例对象，且只会装载一次。
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Java 实现的单例是一个虚拟机的范围，因为装载类的功能是虚拟机的，所以一个虚拟机通过自己的ClassLoader 装载饿汉式实现单例类的时候就会创建一个类实例。（如果一个虚拟机里有多个ClassLoader的话，就会有多个实例）
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懒汉式懒汉式，就是实例在用到的时候才去创建，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，但是效率太低了，每个线程想获得类的实例的时候，都需要同步方法，不推荐
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
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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;
    }
}
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Double-Check 概念（进行两次检查）是多线程开发中经常使用的，为什么需要双重检查锁呢？因为第一次检查是确保之前是一个空对象，而非空对象就不需要同步了，空对象的线程然后进入同步代码块，如果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，另一个线程就会等待，而这两个线程就会创建两个实例化对象，所以需要在线程进入同步代码块后再次进行空对象检查，才能确保只创建一个实例化对象。
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双重检查加锁（double checked locking）线程安全、延迟加载、效率比较高
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volatile：volatile一般用于多线程的可见性，这里用来防止指令重排（防止new Singleton时指令重排序导致其他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，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。
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指令重排指令重排是指在程序执行过程中, 为了性能考虑, 编译器和CPU可能会对指令重新排序。
Java中创建一个对象，往往包含三个过程。对于singleton = new Singleton()，这不是一个原子操作，在 JVM 中包含如下三个过程。
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给 singleton 分配内存
调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，形成实例
将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 null 了）
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但是，由于JVM会进行指令重排序，所以上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3，也可能是 1-3-2。如果是 1-3-2，则在 3 执行完毕，2 未执行之前，被另一个线程抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以这个线程会直接返回 instance，然后使用，那肯定就会报错了，所以要加入 volatile关键字。
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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;
    }
}
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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立即实例化，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，所以，JVM帮我们保证了线程的安全性，在类初始化时，其他线程无法进入
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优点：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
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枚举
enum Singleton{
  INSTANCE;
  public void method(){}
}
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借助JDK5 添加的枚举实现单例，不仅可以避免多线程同步问题，还能防止反序列化重新创建新的对象，但是在枚举中的其他任何方法的线程安全由程序员自己负责。还有防止上面的通过反射机制调用私用构造器。不过，由于Java1.5中才加入enum特性，所以使用的人并不多。
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这种方式是《Effective Java》 作者Josh Bloch 提倡的方式。
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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）
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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，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
当想实例化一个单例类的时候，必须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：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或 耗费资源过多(即:重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数 据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)
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设计模式前传——学习设计模式前要知道的
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