Java实现单例模式（懒汉式和饿汉式）

旧城等待， 2023-09-25 12:45 25阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、何谓单例模式？
 *  二、如何控制某个类只有一个对象？
 *  三、饿汉单例
 *  四、懒汉单例
 *   *  4.1 单线程下
     *  4.2 多线程下（简单版）
     *  4.3 多线程下(增强版)
 *  总结

--------------------

## 前言 ##

> 博主个人社区：[开发与算法学习社区][Link 1]
> 
> 博主个人主页：[Killing Vibe的博客][Killing Vibe]
> 
> 欢迎大家加入，一起交流学习~~

## 一、何谓单例模式？ ##

所谓的单例模式保证某个类在程序中有且只有一个对象。

**现实生活中的单例：**

一个类只有一个对象，地球类-地球这一个对象，太阳类-太阳这一个对象。

## 二、如何控制某个类只有一个对象？ ##

**思路如下：**

1.要创建类的对象，通过构造方法对象

2.构造方法若是public权限，对于类的外部，就能随意创建对象，无法控制对象个数

3.所以我们考虑把构造方法私有化，类的外部就彻底没法产生对象了

**构造方法私有化之后，对于类的外部而言就一个对象都没有，如何构造这唯一的对象（私有化的构造方法只能在类的内部调用），只调用一次构造方法即可。**

## 三、饿汉单例 ##

有了上述的思路，就可以写出饿汉式单例了：

public class SingleTon {
        
        // 惟一的这一个对象
        private static SingleTon singleTon = new SingleTon();
        private SingleTon() {
        }
        // 调用此方法时，singleTon对象已经产生过了，多线程场景下取回的是同一个单例对象
        public static SingleTon getSingleton() {
        
            return singleTon;
        }
    }

**饿汉式单例，天然的线程安全。系统初始化JVM加载类的过程中就创建了这个唯一的对象。**

**在SingleTon类的外部访问这个唯一的对象，直接通过getSingleTon方法获取这个唯一对象。**

**总结一下就三步走：**

1.  构造方法私有化（保证对象的产生个数）
2.  单例类的内部提供这个唯一的对象（static）
3.  单例类提供返回这个唯一的对象的静态方法供外部使用

## 四、懒汉单例 ##

**只有第一次调用getSingleTon方法，表示外部需要获取这个单例对象时才产生对象。**

**系统初始化时，外部不需要这个单例对象，就先不产生，只有当外部需要此对象才实例化对象。这种操作称之为懒加载~**

**举个栗子：**

哈希表的构造就是懒加载，构造方法只设置了负载因子。

![在这里插入图片描述][8bb59141fcc2446ebc8675df8f4b9035.png]

只有在需要给map中添加元素的时候，表示此时需要table数组，才初始化数组为16。

![在这里插入图片描述][417c5fc78fed4c5ab3925ad8ba2d2263.png]

### 4.1 单线程下 ###

类加载的时候不创建实例. 第一次使用的时候才创建实例.

class LazySingleton {
        
        private static LazySingleton singleTon;
        private LazySingleton() {
        }
        public static LazySingleton getSingle() {
        
            if (singleTon == null) {
        
                singleTon = new LazySingleton();
           }
            return singleTon;
       }
    }

**但这样的代码在多线程场景下会出现问题，不能保证只有一个对象产生。**

三个线程并行调用getSingle()方法，此时singleTon三个线程看到的就都是null，每个线程都创建了一个对象。

### 4.2 多线程下（简单版） ###

此时加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题. （把方法锁了）

class LazySingleton {
        
        private static LazySingleton singleTon;
        private LazySingleton() {
        }
        public synchronized static LazySingleton getSingle() {
        
            if (singleTon == null) {
        
                singleTon = new LazySingleton();
           }
            return singleTon;
       }
    }

**但这样同一时间只有一个线程能进入getSingle方法，此时这个方法内部都是单线程操作，其他线程要进入此方法都需要获取锁（锁的粒度太低）**

### 4.3 多线程下(增强版) ###

以下代码在加锁的基础上, 做出了进一步改动:

*  使用双重 if 判定（double-check）, 降低锁竞争的频率.
 *  给 instance 加上了 volatile.

public class LazySingleTon {
        
        private static volatile LazySingleTon singleTon;
    
        private LazySingleTon() {
        }
        // 第一次调用获取单例对象方法时才实例化对象
        public static LazySingleTon getSingleTon() {
        
            if (singleTon == null) {
        
                // 初始化对象
                synchronized (LazySingleTon.class) {
        
                    if (singleTon == null) {
        
                        singleTon = new LazySingleTon();
                    }
                }
            }
            return singleTon;
        }
    }

**为什么使用Double-check？**

1.使用Double-check的原因就是要**降低锁的粒度**，以上代码只是单例中最核心的代码，单例模式还有很多其他操作，为了保证其他操作尽可能并发执行，需要往小了“锁”。

2.还需要用第二个if判断的原因就是因为，在同步代码块内部需要再次坚持singleTon是否为空，**防止其他线程恢复执行后多次创建了单例对象。**

![在这里插入图片描述][7f6b466a17c04011acfdc786b4f6686e.png]

**为什么使用Volatile关键字？**

**双重加锁，使用volatile关键字保证单例对象的初始化不被中断**

**举个栗子：**

假如构造懒汉单例的时候需要初始化 x，y，z 三个变量, 多个线程开始同时运行：

![在这里插入图片描述][568907b3c7bc4ffbbf7fd3d48de76aff.png]

1.  当线程t1执行new操作时，**还没完全结束**，此时 SingleTon !=null
2.  对于刚开始执行代码的t2线程来说，它看到singleTon != null 就**直接返回**了，但是返回的单例对象是一个**尚未完全初始化的对象**（比如z没来得及初始化为30，可能t2线程的对象z = 0）
3.  此时若采用volatile修饰单例对象，由于volatile可以保证**可见性**，new这个操作就会像有一堵墙（**内存屏障**），其他线程要执行到return操作，JVM一个保证new操作**完全结束后**才能执行return语句。

## 总结 ##

以上就是多线程场景下用Java实现饿汉式单例和懒汉式单例的所有注意事项，纯手打，希望各位老铁能多多支持，有什么疑问可以私信博主~~~感谢支持

[Link 1]: https://bbs.csdn.net/forums/killingvibe?joinKey=bxrj0yyjeyrk-2o9q4217kn-1-a7ba228d3f0db23bd3e669796abef74b
[Killing Vibe]: https://blog.csdn.net/qq_43575801
[8bb59141fcc2446ebc8675df8f4b9035.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/8bb59141fcc2446ebc8675df8f4b9035.png
[417c5fc78fed4c5ab3925ad8ba2d2263.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/417c5fc78fed4c5ab3925ad8ba2d2263.png
[7f6b466a17c04011acfdc786b4f6686e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/7f6b466a17c04011acfdc786b4f6686e.png
[568907b3c7bc4ffbbf7fd3d48de76aff.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/568907b3c7bc4ffbbf7fd3d48de76aff.png