【设计模式达摩院】01 单例模式之“回字的八种写法”

电玩女神 2022-11-10 01:15 152阅读 0赞

## 引言 ##

我用这个标题告诉那些没有接触单例模式的同学，单例有8中写法只多，不要小看单例模式。同时告诉那些了解单例模式的人，我们不能学孔乙己，咬文嚼字敲砖弄沙认为懂了8中模式就是懂了单例。

## 单例模式是什么 ##

单例模式对于一个类只能创建一个实例，即在JVM中只有一块内存代表该对象的实例。

1.  确保任何时候使用该实例的时候所有的资源都是相同的。
2.  单例的类有义务提供全局访问的入口即getInstance。

## 为什么要有单例模式 ##

1.  资源节约，避免重复的对象占用宝贵的内存资源
2.  全局共享，如数据库连接，线程池等。就像你最好对外提供一个证件，太多的切换不是容易控制的。

## 单例的8中写法 ##

### 01 ：基本功 ###

/**
     * 唯一缺点：类加载的时候就会创建实例
     *
     * 注：工作中常用的反而是这种略带缺陷的方法，简单实用
     */
    public class Mgr01 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        private static  final Mgr01 instance = new Mgr01();
    
        //私有构造器
        private Mgr01() {
        }
    
        public static Mgr01 getInstance() {
            return instance;
        }
    
    
    }

### 02 同上 ###

/**
     * 同Mgr01本质一样
     */
    public class Mgr02 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        private static  final Mgr02 INSTANCE;
        static {
            INSTANCE = new Mgr02();
        }
        //私有构造器
        private Mgr02() {
        }
    
        public static Mgr02 getInstance() {
            return INSTANCE;
        }
    
    
    }

### 03 饿汉式 ###

饿汉仅仅是个花名，如果直接创建对象，而该对象特别消耗资源，可以考虑下面模式。  
注：实际上如果你可以接收01的写法，通常就很完美

package com.kouryoushine.deginmodel.singleton.msb;
    
    /**
     * @ClassName Mgr01
     * @Description TODO
     * @Author kouryoushine
     * @Date 2021/3/15 22:36
     * @Version 1.0
     */
    
    /**
     * 缺点：多线程访问的时候有影响，不安全
     */
    public class Mgr03 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        private static Mgr03 INSTANCE;
    
        //私有构造器
        private Mgr03() {
        }
    
        /**
         * 懒汉式，获取实例的时候在初始化实例
         * @return
         */
        public static Mgr03 getInstance() {
            if (INSTANCE == null) {
                //模拟线程停顿，增加线程切换，暴露多线程问题
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                INSTANCE = new Mgr03();
            }
            return INSTANCE;
        }
    
        /**
         * 如果获取到hashcode一致说明对象是一个对象
         * 这里验证：多线程环境可能创建两个不同实例
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr03 instance = Mgr03.getInstance();
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
        }
    }

### 04 加锁保平安 ###

你说多线程不安全，那好我加锁确保安全。

> 对一个方法加锁会降低该方法100倍的性能，因此加锁的方法不能再高并发的复杂场景中使用。

package com.kouryoushine.deginmodel.singleton.msb;
    
    /**
     * @ClassName Mgr01
     * @Description TODO
     * @Author kouryoushine
     * @Date 2021/3/15 22:36
     * @Version 1.0
     */
    
    /**
     * 缺点：加锁可能影响效率
     */
    public class Mgr04 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        private static Mgr04 INSTANCE;
    
        //私有构造器
        private Mgr04() {
        }
    
        /**
         * 懒汉式，获取实例的时候在初始化实例
         * @return
         */
        public static synchronized Mgr04   getInstance() {
            if (INSTANCE == null) {
                //模拟线程停顿，增加线程切换，暴露多线程问题
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                INSTANCE = new Mgr04();
            }
            return INSTANCE;
        }
    
        /**
         * 如果获取到hashcode一致说明对象是一个对象
         * 这里验证：多线程环境可能创建两个不同实例
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr04 instance = Mgr04.getInstance();
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
    
        }
    }

### 05 简单的妄想 ###

下面方法是错误的，等同于没加锁。这种方法很容易想到，深入考虑就发现在一步的时候线程已经不安全了

package com.kouryoushine.deginmodel.singleton.msb;
    
    /**
     * @ClassName Mgr01
     * @Description TODO
     * @Author kouryoushine
     * @Date 2021/3/15 22:36
     * @Version 1.0
     */
    
    /**
     * 缺点：加锁可能影响效率,这里缩小锁的范围优化性能，实际上没有效果，getInstace的第一句就无法保证线程安全
     * 这种方式看似明显的错误，实际上却是直观的解决线程不安全的方法
     */
    public class Mgr05 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        private static Mgr05 INSTANCE;
    
        //私有构造器
        private Mgr05() {
        }
    
        /**
         * 懒汉式，获取实例的时候在初始化实例
         * @return
         */
        public static  Mgr05 getInstance() {
            if (INSTANCE == null) {
                //模拟线程停顿，增加线程切换，暴露多线程问题
                synchronized (Mgr05.class){
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    INSTANCE = new Mgr05();
                }
    
            }
            return INSTANCE;
        }
    
        /**
         * 如果获取到hashcode一致说明对象是一个对象
         * 这里验证：多线程环境可能创建两个不同实例
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr05 instance = Mgr05.getInstance();
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
    
        }
    }

### 06 双重检查机制 ###

注意双重检查的巧妙之处，在确定之后多一步判断，确保只生产一个实例

package com.kouryoushine.deginmodel.singleton.msb;
    
    /**
     * @ClassName Mgr01
     * @Description TODO
     * @Author kouryoushine
     * @Date 2021/3/15 22:36
     * @Version 1.0
     */
    
    /**
     * 缺点：针对加锁的优化，双重检查机制
     */
    public class Mgr06 {
    
        //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
        // volatile 防止指令重排
        private static volatile Mgr06 INSTANCE;
    
        //私有构造器
        private Mgr06() {
        }
    
        /**
         * 懒汉式，获取实例的时候在初始化实例
         * @return
         */
        public static Mgr06 getInstance() {
    
            if (INSTANCE == null) {
                //模拟线程停顿，增加线程切换，暴露多线程问题
                synchronized (Mgr06.class){
                    //双重检查：获取到锁后再次检查是否已经存在实例
                    //锁定过程中instance值不会被改变，所以此时判断是准确的
                    if(INSTANCE== null){
                        try {
                            Thread.sleep(10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        INSTANCE = new Mgr06();
                    }
    
                }
    
            }
            return INSTANCE;
        }
    
        /**
         * 如果获取到hashcode一致说明对象是一个对象
         * 这里验证：多线程环境可能创建两个不同实例
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr06 instance = Mgr06.getInstance();
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
    
        }
    }

### 07 看起来很美 ###

推荐内部类的写法，简单就是美。

package com.kouryoushine.deginmodel.singleton.msb;
    
    /**
     * @ClassName Mgr01
     * @Description 完美的单例写法之一
     * @Author kouryoushine
     * @Date 2021/3/15 22:36
     * @Version 1.0
     */
    
    /**
     * 静态内部类的方式实现
     * 1. JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
     * 2. 加载外部类时不会加载内部类，这样可以保证懒加载
     */
    public class Mgr07 {
        private static class Mgr07Holder{
            //JVM保证每个CLASS只会LOAD到内存一次
            private final static Mgr07 INSTANCE = new Mgr07();
        }
        //私有构造器
        private Mgr07() {
        }
        /**
         * 懒汉式，获取实例的时候在初始化实例
         * @return
         */
        public static Mgr07 getInstance() {
            return Mgr07Holder.INSTANCE;
        }
        /**
         * 如果获取到hashcode一致说明对象是一个对象
         * 这里验证：多线程环境可能创建两个不同实例
         * @param args
         */
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr07 instance = Mgr07.getInstance();
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
    
        }
    }

### 一行代码实现单例-枚举类 ###

Effective JAVA作者推荐写法，个人并不喜欢。我要的类，给我的枚举。

public enum   Mgr08 {
        INSTANCE;
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i <100 ; i++) {
                new Thread(()->{
                    Mgr08 instance = Mgr08.INSTANCE;
                    System.out.println(instance.hashCode());
                }).start();
            }
    
        }
    }

## 后记 ##

单例模式使用的场景其实不多，为了面试上面8中写法足够了。如果从技术追求的角度，单例模式从字面上理解即可，掌握第一种写法即可。工作中发现必须用单例的时候用一次就彻底理解了。另外，如果你的代码中大量使用单例模式，就要思考一下你真的懂单例模式吗？