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关于单例模式的N种实现方式

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2023-10-08
在开发中经常用到单例模式,单例模式也算是设计模式中最容易理解,也是最容易手写代码的模式,所以也常作为面试题来考。所以想总结一下单例模式的理论知识,方便同学们面试使


  在开发中经常用到单例模式,单例模式也算是设计模式中最容易理解,也是最容易手写代码的模式,所以也常作为面试题来考。所以想总结一下单例模式的理论知识,方便同学们面试使用。

  单例模式实现的方式只有两种类型,一种是饿汉式(类加载时就初始化)、一种是懒汉式(类加载时不初始化)。饿汉式没什么可讲究的因为它既简单也线程安全,如果条件允许一般我们都会直接用饿汉式;唯独比较麻烦的是懒汉式,考虑到线程安全,使用懒汉式的单例模式,就有多种实现方式了。

  一、饿汉式

  如上所述,饿汉式很简单,实现方式如下:

public class Singleton{

    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

  这种单例模式,很简单而且还安全,可以说近乎完美。它唯一的缺陷就是,这种实现方式就无法适用于单例还需要一定的配置或者传参的场景。

  二、懒汉式

  懒汉式的单例模式,由于要考虑到线程安全的情况,有多种实现方式。

  0、如下的实现方式是一种不安全的实现方式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

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

  之所以把定义为编号0,就是除非你非常确定没有多线程的场景,因为当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候,就会创建多个实例。所以绝大部分场景下,这种实现方式都是不应该使用。

  1、低性能的懒汉式

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

  这种实现方式,解决了多线程实例问题,但是由于直接在方法上使用synchronized关键字,即类锁同步,使得只能使用每次调用都要进行同步操作,性能比较低。

  2、双重检验锁的懒汉式

public class Singleton {
  private volatile static Singleton instance;

  private Singleton() {
  }

  public static Singleton getSingleton() {
    if (instance == null) { // null 检测
      synchronized (Singleton.class) { // 同步检测
        if (instance == null) {
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }

}

  我们看到最多的情况就是没有加volatile的情形,其实你不加这个关键字,面试你的人应该也不会纠结于这个,因为99.99%的情况都是好的(要知道那些提供后台服务的,一般只会保证99%可靠性……)。之所以加是因为JVM存在指令重排的优化,导致

new Singleton() 不是一个原子操作行为,new Singleton() 这句话执行的过程大概分为以下abc步骤:

  a, 给 instance 分配内存;

  b, 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量;

  c, 将instance对象指向分配的内存空间(执行完这步 instance 就为非 null 了);

  JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化,执行顺序可能是 abc 也可能是 acb。如果是acb,在执行到c,被线程X抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以线程X会直接返回 instance,使用一个没有初始化的实例产生错误是必然的。那为什么要加volatile呢?一般我们只用到volatile的可见性功能,即对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入,而且经常用于解决同步问题。其实volatile还有一个重要的功能——禁止指令重排优化,也就是volatile标记的变量不会被编译器优化。如上所示,加上volatile以后,读操作一定会发生在abc或者acb之后,并且这个顺序是固定。

  3、静态内部类实现懒汉式

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

  由于InternalSingleton 是私有的,除了 getInstance() 之外没有办法访问它,因此它是懒汉式的;同时读取实例的时候不会进行同步,没有性能缺陷。

  4、通过枚举实现懒汉式
  通过枚举写单例超级简单,什么都不用想,这也是它最大的优点。下面这段代码就是声明枚举实例的通常做法。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void show(int age) {
        System.out.println("this is show function -> " + age);
    }
}

  我们可以通过Singleton.INSTANCE来访问实例,这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的,所以不需要担心double checked locking,而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。可能由于平时我们使用枚举都是为了表示类别,大家都很少使用这种方式去写单例模式。


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