但行好事 莫问前程

23种设计模式之单例模式

陈明羽 2019-02-03

单例模式

单例模式属于创建型模式

定义:确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例

单例模式目的是保证在程序运行期间一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点,无论什么情况下,只会生成一个实例,免去繁琐的创建销毁对象的过程。

模式类图

优点

  1. 减少了内存开支,避免频繁地创建、销毁对象
  2. 避免对资源的多重占用

缺点

没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化

如何设计单例

如何设计单例模式其实很简单,只需要考虑一个问题,实例是否可以保证是全局唯一

关于实例是否保证是全局唯一延伸出的问题:

  1. 是否线程安全,不安全肯定就不能保证全局只有一个实例
  2. 是否支持序列化,支持序列化的类,被反序列化之后肯定就不是全局唯一了
  3. 是否支持反射,支持反射肯定也不是全局唯一的
  4. 是否可以被克隆,这个也不能保证全局唯一

所以设计一个安全的单例需要考虑的问题还是很多的。

针对上述问题常见的解决办法:

  1. 保证线程安全,使用volatile+synchronized实现
  2. 防止序列化攻击,重写readResolve方法
  3. 防止反射,常用的方案是在单例类里增加一个boolean类型的flag标识,在实例化的时候先判断flag标识
  4. 防止克隆,重写clone()方法

实现一个最简单的单例就需要考虑到以上的所有问题,这个时候什么有用的方法还没写那,代码就已经很多了,那有没有简单的办法既满足上述条件,代码又简洁那,那肯定有,使用枚举实现单例。

常见的单例模式实现

常见的单例模式实现方案大概有五种,懒汉模式,饿汉模式,双重检查方式实现,静态内部类实现,枚举实现

分个类:

  1. 是否支持延迟加载,分为懒汉模式和饿汉模式
  2. 线程安全设计了双重检查模式实现,静态内部类实现方式
  3. 不支持序列化,反射,克隆,枚举实现方式

其中懒汉模式,饿汉模式,双重检查方式实现,静态内部类的实现方式都可以概括为以下两步:

  1. 构造函数私有化,保证在外部无法new对象
  2. 提供一个static方法获取当前实例(不同方案,实现不同)

当然枚举的实现方式最简单,也最安全的,所以推荐使用枚举实现,其次推荐使用静态内部类方式实现。

饿汉模式

不是延迟加载,加载类的时候直接初始化

/**
 * @auther: chenmingyu
 * @date: 2019/2/12 16:26
 * @description:
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

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

优点:线程安全,代码简单。

缺点:不是延迟加载,如果你用不到这个类,它也会实例化,还有一个问题就是如果这个实例依赖外部一些配置文件,参数什么的,在实例化之前就要获取到,否则就实例化异常

懒汉模式

延迟加载,首次需要使用的时候在实例化,需要考虑线程安全

线程不安全的实现方式

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(null == singleton){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
双重检查(DCL:Double Check Lock)

线程安全的实现方式:

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(null == singleton){
            synchronized (Singleton.class){
                if(null == singleton){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

面试官:为什么使用volatile修饰singleton变量?

  1. 说的volatile,首先肯定回答volatile的可见性
  2. 防止重排序优化,如果不用volatile修饰,多线程的情况下,可能会出现线程A进入synchronized代码块,执行new Singleton();,首先给singleton分配内存,但是还没有初始化变量,这时候线程B进入getInstance方法,进行第一个判断,此时singleton已经不为空,直接返回singleton,然后肯定报错。使用volatile修饰之后禁止jvm重排序优化,所以就不会出现上面的问题
静态内部类实现

使用静态内部类实现也是延迟加载,利用静态内部类去实现线程安全,只有在第一次调用getInstance方法的时候才会去加载SingletonHolder,初始化SINGLETON

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.SINGLETON;
    }

    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();
    }
}
枚举实现

枚举实现代码更简洁,线程安全,并且保证枚举不会被反序列化,反射和克隆

/**
 * @auther: chenmingyu
 * @date: 2019/2/12 16:30
 * @description:
 */
public enum Singleton {

    SINGLETON;

    /**
     * 提供的方法
     */
    public void method(){
        System.out.println("枚举实现");
    }
}

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