單例設(shè)計(jì)模式概念

就是采取一定的方法保證在整個(gè)的軟件系統(tǒng)中，對(duì)某個(gè)類只能存在一個(gè)對(duì)象實(shí)例，并且該類只提供一個(gè)取得其對(duì)象實(shí)例的方法。如果我們要讓類在一個(gè)虛擬機(jī)中只能產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象，我們首先必須將類的構(gòu)造器的訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置為private，這樣，就不能用new操作符在類的外部產(chǎn)生類的對(duì)象了，但在類內(nèi)部仍可以產(chǎn)生該類的對(duì)象。因?yàn)樵陬惖耐獠块_(kāi)始還無(wú)法得到類的對(duì)象，只能調(diào)用該類的某個(gè)靜態(tài)方法以返回類內(nèi)部創(chuàng)建的對(duì)象，靜態(tài)方法只能訪問(wèn)類中的靜態(tài)成員變量，所以，指向類內(nèi)部產(chǎn)生的該類對(duì)象的變量也必須定義成靜態(tài)的。

餓漢式

class Singleton {
    // 1.私有化構(gòu)造器
    private Singleton() {
    }
    // 2.內(nèi)部提供一個(gè)當(dāng)前類的實(shí)例
    // 4.此實(shí)例也必須靜態(tài)化
    private static Singleton single = new Singleton();
    // 3.提供公共的靜態(tài)的方法，返回當(dāng)前類的對(duì)象；在內(nèi)存中自始至終都存在
    public static Singleton getInstance() {
        return single;
    }
}

案例：

public static void main(String[] args) {
        User user1 = User.getUser();
        System.out.println(user1);
        User user2 = User.getUser();
        System.out.println(user2);
}
class User{
    //1、私有化構(gòu)造器
    private User() {
    }
    //2、內(nèi)部提供一個(gè)當(dāng)前類的實(shí)例,此實(shí)例也必須靜態(tài)化
    private static User user = new User();
    //3、提供公共的靜態(tài)的方法，返回當(dāng)前類的對(duì)象；在內(nèi)存中自始至終都存在
    public static User getUser() {
        return user;
    }
}
//結(jié)果是一樣的，即同一個(gè)對(duì)象
com.gupao.singleton.User@6d6f6e28
com.gupao.singleton.User@6d6f6e28

static變量在類加載的時(shí)候初始化，此時(shí)不會(huì)涉及到多個(gè)線程對(duì)象訪問(wèn)該對(duì)象的問(wèn)題，虛擬機(jī)保證只會(huì)裝載一次該類，肯定不會(huì)發(fā)生并發(fā)問(wèn)題，無(wú)需使用synchronized 關(guān)鍵字

存在的問(wèn)題：如果只是加載了本類，而并不需要調(diào)用getUser，則會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

總結(jié)：線程安全、非懶加載、效率高，資源浪費(fèi)

懶漢式

延遲對(duì)象的創(chuàng)建

方式1：普通創(chuàng)建

public class Singleton {
    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    //在成員位置創(chuàng)建該類的對(duì)象
    private static Singleton instance;

    //對(duì)外提供靜態(tài)方法獲取該對(duì)象
    public static Singleton getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

如果是多線程環(huán)境，以上代碼會(huì)出現(xiàn)線程安全問(wèn)題。

方式2：方法加鎖

class Singleton {
    // 1.私有化構(gòu)造器
    private Singleton() {
    }
    // 2.內(nèi)部提供一個(gè)當(dāng)前類的實(shí)例
    // 4.此實(shí)例也必須靜態(tài)化
    private static Singleton instance;
    // 3.提供公共的靜態(tài)的方法，返回當(dāng)前類的對(duì)象
    public static synchronized Singleton getInstance() {//注意多線程情況
        if(instance== null) {
        instance= new Singleton();
        }
    return instance;
    }
}

以上使用同步方法會(huì)造成每次獲取實(shí)例的線程都要等鎖，會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成影響，未能完全發(fā)揮系統(tǒng)性能，可使用同步代碼塊來(lái)解決

方式3：雙重檢查鎖

對(duì)于 getInstance() 方法來(lái)說(shuō)，絕大部分的操作都是讀操作，讀操作是線程安全的，所以我們沒(méi)必讓每個(gè)線程必須持有鎖才能調(diào)用該方法，我們需要調(diào)整加鎖的時(shí)機(jī)。由此也產(chǎn)生了一種新的實(shí)現(xiàn)模式：雙重檢查鎖模式

public class Singleton { 

    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    private volatile static Singleton instance;

   //對(duì)外提供靜態(tài)方法獲取該對(duì)象
    public static Singleton getInstance() {
  //第一次判斷，如果instance不為null，不進(jìn)入搶鎖階段，直接返回實(shí)例
        if(instance == null) { // ①
            synchronized (Singleton.class) {
                //搶到鎖之后再次判斷是否為null
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();// ②
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

為什么判斷兩次instance==null

第一次判斷是在代碼塊前，第二次是進(jìn)入代碼塊后，第二個(gè)判斷想必都知道，多個(gè)線程都堵到代碼塊前等待鎖的釋放，進(jìn)入代碼塊后要獲取到最新的instance值，如果為空就進(jìn)行創(chuàng)建對(duì)象。那么為什么還要進(jìn)行第一個(gè)判斷，第一個(gè)判斷起到優(yōu)化作用，假設(shè)如果instance已經(jīng)不為空了，那么沒(méi)有第一個(gè)判斷仍然會(huì)有線程堵在代碼塊前等待進(jìn)一步判斷，所以如果不為空，有了第一個(gè)判斷就不用再去進(jìn)入代碼塊進(jìn)行判斷，也就不用再去等鎖了，直接返回。

為什么要加volatile？

• 是為了防止指令重排序，給私有變量加 volatile 主要是為了防止第 ② 處執(zhí)行時(shí)，也就是“instance = new Singleton()”執(zhí)行時(shí)的指令重排序的，這行代碼看似只是一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的過(guò)程，然而它的實(shí)際執(zhí)行卻分為以下 3 步：

試想一下，如果不加 volatile，那么線程A在執(zhí)行到上述代碼的第 ② 處時(shí)就可能會(huì)執(zhí)行指令重排序，將原本是 1、2、3 的執(zhí)行順序，重排為 1、3、2。但是特殊情況下，線程 A在執(zhí)行完第 3 步之后，如果來(lái)了線程 B執(zhí)行到上述代碼的第 ① 處，判斷 instance 對(duì)象已經(jīng)不為 null，但此時(shí)線程 A還未將對(duì)象實(shí)例化完，那么線程B將會(huì)得到一個(gè)被實(shí)例化“一半”的對(duì)象，從而導(dǎo)致程序執(zhí)行出錯(cuò)，這就是為什么要給私有變量添加 volatile 的原因了。

1. 創(chuàng)建內(nèi)存空間。
2. 在內(nèi)存空間中初始化對(duì)象 Singleton。
3. 將內(nèi)存地址賦值給 instance 對(duì)象（執(zhí)行了此步驟，instance 就不等于 null 了）。

• 優(yōu)化作用，synchronized塊只有執(zhí)行完才會(huì)同步到主內(nèi)存，那么比如說(shuō)instance剛創(chuàng)建完成，不為空，但還沒(méi)有跳出synchronized塊，此時(shí)又有10000個(gè)線程調(diào)用方法，那么如果沒(méi)有volatile,此使instance在主內(nèi)存中仍然為空，這一萬(wàn)個(gè)線程仍然要通過(guò)第一次判斷，進(jìn)入代碼塊前進(jìn)行等待，正是有了volatile，一旦instance改變，那么便會(huì)同步到主內(nèi)存，即使沒(méi)有出synchronized塊，instance仍然同步到了主內(nèi)存，通過(guò)不了第一個(gè)判斷也就避免了新加的10000個(gè)線程進(jìn)入去爭(zhēng)取鎖。

總結(jié)：線程安全、懶加載、效率高。

靜態(tài)內(nèi)部類（延遲初始化占位類）

靜態(tài)內(nèi)部類單例模式中實(shí)例由內(nèi)部類創(chuàng)建，由于 JVM 在加載外部類的過(guò)程中, 是不會(huì)加載靜態(tài)內(nèi)部類的, 只有內(nèi)部類的屬性/方法被調(diào)用時(shí)才會(huì)被加載, 并初始化其靜態(tài)屬性。靜態(tài)屬性由于被 static 修飾，保證只被實(shí)例化一次，并且嚴(yán)格保證實(shí)例化順序。

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonHolder{
        private  static final Singleton Instance = new Singleton();
    }

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

第一次加載Singleton類時(shí)不會(huì)去初始化INSTANCE，只有第一次調(diào)用getInstance，虛擬機(jī)加載SingletonHolder并初始化INSTANCE，這樣不僅能確保線程安全，也能保證 Singleton 類的唯一性。

靜態(tài)內(nèi)部類單例模式是一種優(yōu)秀的單例模式，是開(kāi)源項(xiàng)目中比較常用的一種單例模式。在沒(méi)有加任何鎖的情況下，保證了多線程下的安全，并且沒(méi)有任何性能影響和空間的浪費(fèi)。

總結(jié)：線程安全、懶加載、效率高。

枚舉

枚舉類實(shí)現(xiàn)單例模式是極力推薦的單例實(shí)現(xiàn)模式，因?yàn)槊杜e類型是線程安全的，并且只會(huì)裝載一次，設(shè)計(jì)者充分的利用了枚舉的這個(gè)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式，枚舉的寫(xiě)法非常簡(jiǎn)單，而且枚舉類型是所用單例實(shí)現(xiàn)中唯一一種不會(huì)被破壞的單例實(shí)現(xiàn)模式。

public enum Singleton {

     INSTANCE;

}

提供了序列化機(jī)制，保證線程安全，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，即使是在面對(duì)復(fù)雜的序列化或者反射攻擊的時(shí)候。

枚舉方式屬于餓漢式方式，會(huì)浪費(fèi)資源

總結(jié)：線程安全、非懶加載、效率高。

幾種方式對(duì)比