一起学设计模式 - 创建型设计模式之单例模式

川长思鸟来 2022-11-04 13:23 134阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一起学设计模式 - 创建型设计模式之单例模式
 *   *  1.单例模式是什么？
     *  2.饿汉式
     *  3.懒汉式
     *  4.如何选择懒汉式还是饿汉式呢？
     *  5.源码中的单例设计模式

# 一起学设计模式 - 创建型设计模式之单例模式 #

## 1.单例模式是什么？ ##

>  我想大家应该也和我一样，接触的第一个设计模式就是单例模式。  
>    
>  我们总是会在很多地方看到设计模式里最简单的就是单例模式，所以大部分情况下都作为设计模式中第一个来介绍。但其实并不是这样的，要真想完全用好单例模式，这里面大有门道。  
>    
>  首先我们要知道单例模式是什么？单例的意思就是只包含一个对象被称为单例的特殊类。也就是通过单例模式可以保证整个系统中，应用该模式的类`只有一个对象实例`。  
>    
>  其实在我们大家身边就接触过很多，比如发号器、Redis连接对象等都采用了单例模式；再比如我们接触最多的Spring IOC容器中的Bean默认就是单例的。  
>    
>  单例模式主要有两种，一种是饿汉式：提前创建对象；一种是懒汉式：懒加载模式，使用时创建对象。  
>    
>  实现步骤也不复杂，首先私有化构造函数，其次提供获取单例的方法即可。

## 2.饿汉式 ##

>  饿汉式的实现方式比较简单，核心思想就是提前创建好对象。优点十分明显，就是实现简单，并且不存在多线程同步的问题；而缺点也挺明显，那就是无论该实例是否使用都会一直占用内存。  
>    
>  这里大家可以看看代码示例，应该很容易就明白了。

**SingletonHungry.java**

/** * 饿汉式 */
    public class SingletonHungry { 
    
        private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();
    
        /**1.构造方法私有化*/
        private SingletonHungry(){ }
    
        /**2.提供获取实例方法*/
        public static SingletonHungry getInstance(){ 
            return instance;
        }
    
    }

## 3.懒汉式 ##

>  懒汉式的核心思想就是延迟创建实例，我觉得程序员之间直接上代码更有感觉。程序员似乎对代码天然有更强的理解。  
>    
>  上面说过，要真想完全用好单例模式，这里面大有门道。这里我们就来看看是怎样的门道。

/** * 懒汉式 */
    public class SingletonLazy { 
    
        private static SingletonLazy instance;
    
        private SingletonLazy(){ }
    
        /** * 获取单例实例对象 * @return */
        public static SingletonLazy getInstance(){ 
            if (null == instance){ 
                instance = new SingletonLazy();
            }
            return instance;
        }
    
    }

>  第一种方式获取实例对象，大家应该很容易就看出来，这里是会`存在线程安全问题`的。那么我们改进一下。

/** * 懒汉式 */
    public class SingletonLazy { 
    
        private static SingletonLazy instance;
    
        private SingletonLazy(){ }
    
       /** * 第二种方式 * @return */
        public static synchronized SingletonLazy getInstance(){ 
            if (null == instance){ 
                instance = new SingletonLazy();
            }
            return instance;
        }
    
    }

>  改进之后我们使用`synchronized`确实保证了多线程模式下的单例，但是作用同步关键字作用在方法上`性能开销十分大`的，这是我们无法接受的。所以继续改进。

/** * 懒汉式 */
    public class SingletonLazy { 
    
        private static SingletonLazy instance;
    
        private SingletonLazy(){ }
    
       /** * 第三种方式 * @return */
        public static SingletonLazy getInstance(){ 
            if (null == instance){ 
                synchronized (SingletonLazy.class){ 
                    if (null == instance){ 
                        instance = new SingletonLazy();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    
    }

>  这一次改进之后，想必这就是大家最为熟悉的懒汉式单例模式了，在大多数博客或者文章中的例子应该都和这个类似。  
>    
>  首先我们看看这种方式，这里实际上就是采用了`DCL双重检查锁定(Double-Checked-Locking)`，比起上面的方式在多线程情况下性能要高很多。那么性能问题解决了，这种方式真的在多线程的情况下安全吗？  
>    
>  其实并不一定安全，这里大家需要注意一个问题，那就是`instance = new SingletonLazy()`和`i++`一样并不是原子性操作的，其实主要包含三个步骤：
> 
> 1.  分配空间给对象
> 2.  在空间内创建对象
> 3.  将对象赋值给引用instance  
>      
> 
>  而熟悉JVM的小伙伴应该也知道，JVM对我们整个代码编译运行其实都做了很多优化，类似JIT即使编译就是如此，不清楚的小伙伴可以参考一下我之前的[【JVM】][JVM]。  
>    
>  指令重排就是一个常用的优化点，指令重排序是JVM对语句执行的优化，只要语句间没有依赖，那JVM就有权对语句进行优化。  
>    
>  如果经过了指令重排后假设整个过程是`1=>3=>2`这种顺序，那么一个线程在进行到3这个步骤时，另一个线程去判断就会发现`instance`已经有值，那么就会直接去获取到这个不完全的对象，使用的话就会造成问题。那么这个问题这么解决呢？

/** * 懒汉式 */
    public class SingletonLazy { 
    
    	/** * 第四种方式 * @return */
        private static volatile SingletonLazy instance;
    
        private SingletonLazy(){ }
    
        public static SingletonLazy getInstance(){ 
            if (null == instance){ 
                synchronized (SingletonLazy.class){ 
                    if (null == instance){ 
                        instance = new SingletonLazy();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    
    }

>  首先大家要清楚`volatile`这个关键字，其实大家在很多线程安全的地方都能够看到，它具有可见性和有序性。而有序性就从根本上禁止了指令重排。这样我们的单例模式才算尽善尽美。

## 4.如何选择懒汉式还是饿汉式呢？ ##

>  对饿汉式和懒汉式了解了之后，大家就很清楚如何去构建一个单例模式了。那么如何选择到底使用哪种方式呢？  
>    
>  我这边的建议是如果对象不大，且创建不复杂，直接用饿汉式即可。其他的情况采用懒汉式。

## 5.源码中的单例设计模式 ##

>  其实单例模式在源码中也十分常见。比如下面的`Runtime`类，很明显单例模式的几个核心条件都满足了。在其他的框架源码中也存在十分多的单例模式，所以单例模式也是大家必须掌握的一种设计模式。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM5ODU2NjQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

[JVM]: https://blog.csdn.net/u013985664/category_9455972.html?spm=1001.2014.3001.5482
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