單例模式

保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。

單例模式的意義

通常面試官會(huì)很籠統(tǒng)的問你，什么是單例模式？單例模式用來解決了什么痛點(diǎn)？沒有單例模式我們會(huì)怎么辦？單例模式他有什么缺點(diǎn)嗎？

單例模式是最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一，屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的方式，確保只有單個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建。

這個(gè)設(shè)計(jì)模式主要目的是想在整個(gè)系統(tǒng)中只能出現(xiàn)類的一個(gè)實(shí)例，即一個(gè)類只有一個(gè)對(duì)象。

單例模式的解決的痛點(diǎn)就是節(jié)約資源，節(jié)省時(shí)間從兩個(gè)方面看:

• 由于頻繁使用的對(duì)象，可以省略創(chuàng)建對(duì)象所花費(fèi)的時(shí)間，這對(duì)于那些重量級(jí)的對(duì)象而言，是很重要的.
• 因?yàn)椴恍枰l繁創(chuàng)建對(duì)象，我們的GC壓力也減輕了，而在GC中會(huì)有STW(stop the world)，從這一方面也節(jié)約了GC的時(shí)間

單例模式的缺點(diǎn)：

簡(jiǎn)單的單例模式設(shè)計(jì)開發(fā)都比較簡(jiǎn)單，但是復(fù)雜的單例模式需要考慮線程安全等并發(fā)問題，引入了部分復(fù)雜度。

擴(kuò)展:從你的回答中能進(jìn)行哪些擴(kuò)展呢？我們談到了GC，有可能這時(shí)候就會(huì)問你GC，STW等知識(shí)。談缺點(diǎn)的時(shí)候談到了復(fù)雜的單例模式，

這個(gè)時(shí)候可能會(huì)問你讓你設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的單例模式你會(huì)怎么設(shè)計(jì)，會(huì)怎么實(shí)現(xiàn)？

單例模式的設(shè)計(jì)

通常這里面試官會(huì)問你單例模式怎么設(shè)計(jì)，需要看重哪些方面？一般來說單例模式有哪些實(shí)現(xiàn)方式？

通常單例模式在Java語言中，有兩種構(gòu)建方式：

• 餓漢方式。指全局的單例實(shí)例在類裝載時(shí)構(gòu)建
• 懶漢方式。指全局的單例實(shí)例在第一次被使用時(shí)構(gòu)建。

不管是那種創(chuàng)建方式，它們通常都存在下面幾點(diǎn)相似處：

單例類必須要有一個(gè) private 訪問級(jí)別的構(gòu)造函數(shù)，只有這樣，才能確保單例不會(huì)在系統(tǒng)中的其他代碼內(nèi)被實(shí)例化; instance 成員變量和 uniqueInstance 方法必須是 static 的。

設(shè)計(jì)單例模式的時(shí)候一般需要考慮幾種因素:-線程安全 -延遲加載 -代碼安全:如防止序列化攻擊，防止反射攻擊(防止反射進(jìn)行私有方法調(diào)用) -性能因素

一般來說，我們?nèi)ゾW(wǎng)上百度去搜大概有7，8種實(shí)現(xiàn)，下面列舉一下需要重點(diǎn)知道的餓漢，懶漢(線程安全，線程非安全)，雙重檢查(DCL)(重點(diǎn)),內(nèi)部類，以及枚舉(重點(diǎn))，

下面比對(duì)下各個(gè)實(shí)現(xiàn):

擴(kuò)展:

我們上面說到了各個(gè)模式的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候很有可能會(huì)叫你手寫各個(gè)模式的代碼。當(dāng)然也有可能會(huì)問你線程安全，代碼安全等知識(shí)。

餓漢模式

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

所謂 “餓漢方式” 就是說JVM在加載這個(gè)類時(shí)就馬上創(chuàng)建此唯一的單例實(shí)例，不管你用不用，先創(chuàng)建了再說

如果一直沒有被使用，便浪費(fèi)了空間，典型的空間換時(shí)間，每次調(diào)用的時(shí)候，就不需要再判斷，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。

餓漢模式代碼比較簡(jiǎn)單，對(duì)象在類中被定義為private static，通過getInstance()，通過java的classLoader機(jī)制保證了單例對(duì)象唯一。

擴(kuò)展:

有可能會(huì)問instance什么時(shí)候被初始化？  

Singleton類被加載的時(shí)候就會(huì)被初始化，java虛擬機(jī)規(guī)范雖然沒有強(qiáng)制性約束在什么時(shí)候開始類加載過程，但是對(duì)于類的初始化，虛擬機(jī)規(guī)范則嚴(yán)格規(guī)定了有且只有四種情況必須立即對(duì)類進(jìn)行初始化，遇到new、getStatic、putStatic或invokeStatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

生成這4條指令最常見的java代碼場(chǎng)景是：

1）使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象

2）讀取一個(gè)類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯期把結(jié)果放在常量池的靜態(tài)字段除外）

3）設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯期把結(jié)果放在常量池的靜態(tài)字段除外）

4）調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法  

class的生命周期?  

class的生命周期一般來說會(huì)經(jīng)歷加載、連接、初始化、使用、和卸載五個(gè)階段  

class的加載機(jī)制  

這里可以聊下classloader的雙親委派模型。

懶漢式（非線程安全和synchronized關(guān)鍵字線程安全版本 ）

public class Singleton {  
      private static Singleton uniqueInstance;  
      private Singleton (){
      }   
      //沒有加入synchronized關(guān)鍵字的版本是線程不安全的
      public static Singleton getInstance() {
          //判斷當(dāng)前單例是否已經(jīng)存在，若存在則返回，不存在則再建立單例
	      if (uniqueInstance == null) {  
	          uniqueInstance = new Singleton();  
	      }  
	      return uniqueInstance;  
      }  
 }

所謂 “餓漢方式” 就是說單例實(shí)例在第一次被使用時(shí)構(gòu)建，而不是在JVM在加載這個(gè)類時(shí)就馬上創(chuàng)建此唯一的單例實(shí)例。

但是上面這種方式很明顯是線程不安全的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問getInstance()方法時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題。

如果想要保證線程安全，一種比較常見的方式就是在getInstance() 方法前加上synchronized關(guān)鍵字，如下：

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

我們知道synchronized關(guān)鍵字偏重量級(jí)鎖。

雖然在JavaSE1.6之后synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行了主要包括：

為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來的性能消耗而引入的偏向鎖和輕量級(jí)鎖以及其它各種優(yōu)化之后執(zhí)行效率有了顯著提升。

但是在程序中每次使用getInstance() 都要經(jīng)過synchronized加鎖這一層，這難免會(huì)增加getInstance()的方法的時(shí)間消費(fèi)，而且還可能會(huì)發(fā)生阻塞。我們下面介紹到的 雙重檢查加鎖版本 就是為了解決這個(gè)問題而存在的。

懶漢式(雙重檢查加鎖版本)

利用雙重檢查加鎖（double-checked locking），首先檢查是否實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建，如果尚未創(chuàng)建，“才”進(jìn)行同步。這樣以來，只有一次同步，這正是我們想要的效果。

public class Singleton {
    //volatile保證，當(dāng)uniqueInstance變量被初始化成Singleton實(shí)例時(shí)，多個(gè)線程可以正確處理uniqueInstance變量
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton getInstance() {
       //檢查實(shí)例，如果不存在，就進(jìn)入同步代碼塊
        if (uniqueInstance == null) {
            //只有第一次才徹底執(zhí)行這里的代碼
            synchronized(Singleton.class) {
               //進(jìn)入同步代碼塊后，再檢查一次，如果仍是null，才創(chuàng)建實(shí)例
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

synchronized同步塊里面能夠保證只創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。但是通過在synchronized的外面增加一層判斷，就可以在對(duì)象一經(jīng)創(chuàng)建以后，不再進(jìn)入synchronized同步塊。這種方案不僅減小了鎖的粒度，保證了線程安全，性能方面也得到了大幅提升。

同時(shí)這里要注意一定要說volatile，這個(gè)很關(guān)鍵，volatile一般用于多線程的可見性，但是這里是用來防止指令重排序的。

很明顯，這種方式相比于使用synchronized關(guān)鍵字的方法，可以大大減少getInstance() 的時(shí)間消費(fèi)。

懶漢式（登記式/靜態(tài)內(nèi)部類方式）

靜態(tài)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的單例是懶加載的且線程安全。

只有通過顯式調(diào)用 getInstance 方法時(shí)，才會(huì)顯式裝載 SingletonHolder 類，從而實(shí)例化 instance（只有第一次使用這個(gè)單例的實(shí)例的時(shí)候才加載，同時(shí)不會(huì)有線程安全問題）。

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

餓漢式（枚舉方式）

這種實(shí)現(xiàn)方式還沒有被廣泛采用，但這是實(shí)現(xiàn)單例模式的最佳方法。 它更簡(jiǎn)潔，自動(dòng)支持序列化機(jī)制，絕對(duì)防止多次實(shí)例化 （如果單例類實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，默認(rèn)情況下每次反序列化總會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例對(duì)象，同時(shí)這種方式也是《Effective Java 》以及《Java與模式》的作者推薦的方式。

public enum Singleton {
	 //定義一個(gè)枚舉的元素，它就是 Singleton 的一個(gè)實(shí)例
    INSTANCE;  
    public void doSomeThing() {  
	     System.out.println("枚舉方法實(shí)現(xiàn)單例");
    }  
}

使用方法：

public class ESTest {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
		singleton.doSomeThing();//output:枚舉方法實(shí)現(xiàn)單例
	}
}

擴(kuò)展閱讀：

《Effective Java 中文版 第二版》

這種方法在功能上與公有域方法相近，但是它更加簡(jiǎn)潔，無償提供了序列化機(jī)制，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，即使是在面對(duì)復(fù)雜序列化或者反射攻擊的時(shí)候。雖然這種方法還沒有廣泛采用，但是單元素的枚舉類型已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。 —-《Effective Java 中文版 第二版》

《Java與模式》

《Java與模式》中，作者這樣寫道，使用枚舉來實(shí)現(xiàn)單實(shí)例控制會(huì)更加簡(jiǎn)潔，而且無償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制，并由JVM從根本上提供保障，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，是更簡(jiǎn)潔、高效、安全的實(shí)現(xiàn)單例的方式。

本文小結(jié)

單例模式雖然看起來簡(jiǎn)單，但是設(shè)計(jì)的Java基礎(chǔ)知識(shí)非常多，如static修飾符、synchronized修飾符、volatile修飾符、enum等。

這里的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都可以變成面試官下手的考點(diǎn)，而單例只是作為一個(gè)引子，考到最后看你到底掌握了多少。看你的廣度和深度到底是怎么樣的。

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