你真的确定你会单例模式?

你真的确定你会单例模式?

技术杂谈小彩虹2021-08-19 2:28:09140A+A-

图片.png 人的一生就像在攀登高峰,勤奋是你踏实稳健的双脚,信念是你指引前行的向导,勇敢是你孜孜追寻的恒心。开心日到了,愿你站稳双脚,确定方向,向着你的理想巅峰勇敢前行,不用怕,未来就在你的脚下。

作为一名面试官,我在面试别人的时候,经常反复拿来问别人的一个问题,最近详细整理了一下,跟大家分享一下。总结的不好的地方或者有不同见解的地方欢迎大家私聊我一起探讨。

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你真的确定你会单例模式?

  • 考点在volatile和双层检测

  • 是否用过枚举

  • 所谓“单例模式”,就是采用某些手段保证在整个系统运行过程中,对于某个类只能让其生产出唯一的一个对象

1. 饿汉式

  • 实现步骤

    • 构造器私有化 (防止 new )

    • 类的内部创建对象

    • 向外暴露一个静态的公共方法

1.1 静态常量

// 饿汉式(静态变量)
class Sun {

   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   // 2.本类内部创建对象实例
   private final static Sun instance = new Sun();

   // 3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
   public static Sun getInstance() {
    return instance;
   }
}
  • 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

  • 缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则 会造成内存的浪费

  • 这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,在单例模式中大 多数都是调用 getInstance 方法,但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静 态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的效果

  • 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费

1.2 静态代码块

// 饿汉式(静态变量)
class Sun {
   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   //2.本类内部创建对象实例尚硅谷 Java 设计模式
   private static Sun instance;

   static { // 在静态代码块中,创建单例对象
    instance = new Sun();
   }

   // 3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
   public static Sun getInstance() {
    return instance;
   }
}

优缺点同上:

  • 这种方式和上面的方式其实类似,只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候,就执 行静态代码块中的代码,初始化类的实例。

  • 结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费

2. 懒汉式

2.1 线程不安全

// 懒汉式
class Sun {

   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   // 2.仅声明对象实例
   private final static Sun instance;

   // 3.提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建 instance
   public static Sun getInstance() {
    if(instance == null) {
        instance = new Sun();
       }
       return instance;
   }
}
  • 优点:起到了 Lazy Loading 的效果,但是只能在单线程下使用。

  • 缺点:如果在多线程下,一个线程进入了 if (instance == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过 了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

  • 结论:在实际开发中,不要使用这种方式

2.2 线程安全,同步方法

// 懒汉式
class Sun {

   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   // 2.仅声明对象实例
   private final static Sun instance;

   // 3.提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题
   public static synchronized Sun getInstance() {
    if(instance == null) {
        instance = new Sun();
       }
       return instance;
   }
}
  • 优点:解决了线程安全问题

  • 缺点:效率太低,每个线程在想获得类的实例时候,执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行 一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接 return 就行了。方法进行同步效率太低

  • 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式

2.3 线程安全,同步代码块

// 懒汉式
class Sun {

   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   // 2.仅声明对象实例
   private final static Sun instance;

   // 3.提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题
   public static Sun getInstance() {
    if(instance == null) {
           synchronized(Sun.class){}
         instance = new Sun();
        }
       }
       return instance;
   }
}
  • 不推荐,理由同上

2.4 DCL

  • Double Check Lock:双层检测锁
// 懒汉式
class Sun {

   // 1.构造器私有化, 外部能 new
   private Sun() {
   }

   // 2.仅声明对象实例
   private final static Sun instance;

   // 3.提供一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
   public static Sun getInstance() {
    if(instance == null) {
           synchronized(Sun.class){
               if(instance == null) {
                   instance = new Sun();
               }
           }
       }
       return instance;
   }
}
  • Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次 if (instance == null)检查,这 样就可以保证线程安全了。

  • 这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断 if (singleton == null),直接 return 实例化对象,也避 免的反复进行方法同步.

  • 线程安全;延迟加载;效率较高

  • 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式,如果再加上volatile关键字,就完美了

2.5 静态内部类

// 静态内部类完成, 推荐使用
class Sun {
   private static volatile Sun instance;

   //构造器私有化
   private Sun() {}

   //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
   private static class SunInstance {
    private static final Sun INSTANCE = new Sun();
   }

   //提供一个静态的公有方法,直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
   public static synchronized Sun getInstance() {
    return SunInstance.INSTANCE;
   }
}
  • 这种方式采用了类装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 Sun类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用 getInstance 方法,才 会装载 SunInstance类,从而完成 Sun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,所以在这里,JVM 帮助我们保证了线程的安全性,在类进行 初始化时,别的线程是无法进入的。

  • 优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高

  • 结论:推荐使用.

2.6 枚举单例

class Fire{
}

public enum Sun {
   INSTANCE;
   private Fire instance;
   private Sun() {
       instance = new Fire();
   }
   public Fire getInstance() {
       return instance;
   }
}

public class TestEnumInstance {
  public static void main(String[] args) {
   Fire f1 = Sun.INSTANCE.getInstance();
   Fire f2 = Sun.INSTANCE.getInstance();

   System.out.println(f1 == f2);
   System.out.println(f1.hashCode() == f2.hashCode());
  }
}
  • 上面的类Fire是我们要应用单例模式的资源,具体可以表现为网络连接,数据库连接,线程池等等。

  • 获取资源的方式很简单,只要 Sun.INSTANCE.getInstance() 即可获得所要实例。

  • 下面我们来看看单例是如何被保证的:

    • 首先,在枚举中我们明确了构造方法限制为私有,在我们访问枚举实例时会执行构造方法,同时每个枚举实例都是static final类型的,也就表明只能被实例化一次。在调用构造方法时,我们的单例被实例化。

    • 也就是说,因为enum中的实例被保证只会被实例化一次,所以我们的INSTANCE也被保证实例化一次。

  • 可以看到,枚举实现单例还是比较简单的,除此之外我们再来看一下Enum这个类的声明:

public abstract class Enum> implements Comparable, Serializable 
  • 枚举提供了序列化机制。借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象

  • 这种方式是 《Effective Java》作者 Josh Bloch 提倡的方式,原文中:

单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。

注意事项

  • 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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