單例模式你會幾種寫法？

Java3y發表於2018-05-16
單例模式

前言

只有光頭才能變強

回顧前面：

本來打算沒那麼快更新的，這陣子在刷Spring的書籍。在看Spring的時候又經常會看到“單例”，“工廠”這些字樣。

所以，就先來說說單例和工廠設計模式啦，這兩種模式也是很常見的，我看很多面經都會遇到這兩種模式~

本文主要講解單例設計模式，如果有錯的地方希望能多多包涵，並不吝在評論區指正！

一、單例模式概述

單例模式定義很簡單：一個類中能建立一個例項，所以稱之為單例！

那我們什麼時候會用到單例模式呢？？

  • 那我們想想既然一個類中只能建立一個例項了，那麼可以說這是跟類的狀態與物件無關的了。
  • 頻繁建立物件、管理物件是一件耗費資源的事，我們只需要建立一個物件來用就足夠了！

學過Java Web的同學可能就知道：

  • Servlet是單例的
  • Struts2是多例的
  • SpringMVC是單例的

那既然多例是頻繁建立物件、需要管理物件的，那Struts2為什麼要多例呢？？

  • 主要由於設計層面上的問題，Struts2是基於Filter攔截類的，ognl引擎對變數是注入的。所以它要設計成多例的~

能使用一個物件來做就不用例項化多個物件！這就能減少我們空間和記憶體的開銷~

那有可能有的人又會想了：我們使用靜態類.doSomething()和使用單例物件呼叫方法的效果是一樣的啊。

  • 沒錯，效果就是一樣的。使用靜態類.doSomething()體現的是基於物件，而使用單例設計模式體現的是物件導向。

二、編寫單例模式的程式碼

編寫單例模式的程式碼其實很簡單，就分了三步：

  • 將建構函式私有化
  • 在類的內部建立例項
  • 提供獲取唯一例項的方法

2.1餓漢式

根據上面的步驟，我們就可以輕鬆完成建立單例物件了。


public class Java3y {

    // 1.將建構函式私有化，不可以通過new的方式來建立物件
    private Java3y(){}

    // 2.在類的內部建立自行例項
    private static final Java3y java3y = new Java3y();

    // 3.提供獲取唯一例項的方法
    public static Java3y getJava3y() {
        return java3y;
    }
}
複製程式碼

這種程式碼我們稱之為：“餓漢式”：

  • 一上來就建立物件了，如果該例項從始至終都沒被使用過，則會造成記憶體浪費。

2.2簡單懶漢式

既然說一上來就建立物件，如果沒有用過會造成記憶體浪費：

  • 那麼我們就設計用到的時候再建立物件！

public class Java3y {

    // 1.將建構函式私有化，不可以通過new的方式來建立物件
    private Java3y(){}

    // 2.1先不建立物件，等用到的時候再建立
    private static Java3y java3y = null;

    // 2.1呼叫到這個方法了，證明是要被用到的了
    public static Java3y getJava3y() {

        // 3. 如果這個物件引用為null，我們就建立並返回出去
        if (java3y == null) {
            java3y = new Java3y();
        }

        return java3y;
    }
}
複製程式碼

上面的程式碼行不行？？在單執行緒環境下是行的，在多執行緒環境下就不行了！

要解決也很簡單，我們只要加鎖就行了：

單例模式你會幾種寫法？

2.3雙重檢測機制(DCL)懶漢式

上面那種直接在方法上加鎖的方式其實不夠好，因為在方法上加了內建鎖在多執行緒環境下效能會比較低下，所以我們可以將鎖的範圍縮小。


public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;


    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {
            // 將鎖的範圍縮小，提高效能
            synchronized (Java3y.class) {
                java3y = new Java3y();
            }
        }
        return java3y;
    }
}
複製程式碼

那上面的程式碼可行嗎？？不行，因為雖然加了鎖，但還是有可能建立出兩個物件出來的：

  • 執行緒A和執行緒B同時呼叫getJava3y()方法，他們同時判斷java==null，得出的結果都是為null，所以進入了if程式碼塊了
  • 此時執行緒A得到CPU的控制權-->進入同步程式碼塊-->建立物件-->返回物件
  • 執行緒A完成了以後，此時執行緒B得到了CPU的控制權。同樣是-->進入同步程式碼塊-->建立物件-->返回物件
  • 很明顯的是：Java3y類返回了不止一個例項！所以上面的程式碼是不行的！

有的同學可能覺得我瞎吹比，明明加鎖了還不行？我們來測試一下：


public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 執行緒A
        new Thread(() -> {

            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);

        }).start();

        // 執行緒B
        new Thread(() -> {
            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

        // 執行緒C
        new Thread(() -> {
            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

    }
}
複製程式碼

可以看到，列印出的物件不單單隻有一個的！

單例模式你會幾種寫法？

厲害的程式設計師又想到了：進入同步程式碼塊時再判斷一下物件是否存在就穩了吧！

  • 所以，有了下面的程式碼

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小，提高效能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否為null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}
複製程式碼

其實還不穩！這裡會有重排序的問題：

單例模式你會幾種寫法？

本來想測試重排序問題的效果的，一直沒測試出來~~~有相關測試程式碼的希望可以告訴我怎麼能測出來....

要解決也十分簡單，加上我們的volatile關鍵字就可以了，volatile有記憶體屏障的功能！

具體可參考資料：

所以說，完整的DCL程式碼是這樣子的：



public class Java3y {
    private Java3y() {
    }

    private static volatile Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小，提高效能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否為null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}
複製程式碼

再說明：

單例模式你會幾種寫法？

2.4靜態內部類懶漢式

還可以使用靜態內部類這種巧妙的方式來實現單例模式！它的原理是這樣的：

  • 當任何一個執行緒第一次呼叫getInstance()時，都會使SingletonHolder被載入和被初始化，此時靜態初始化器將執行Singleton的初始化操作。(被呼叫時才進行初始化！)
  • 初始化靜態資料時，Java提供了的執行緒安全性保證。(所以不需要任何的同步)

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    // 使用內部類的方式來實現懶載入
    private static class LazyHolder {
        // 建立單例物件
        private static final Java3y INSTANCE = new Java3y();
    }


    // 獲取物件
    public static final Java3y getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
    
}
複製程式碼

靜態內部類這種方式是非常推薦使用的！很多人沒接觸過單例模式的都不知道有這種寫法，這種寫法很優化也高效！

參考資料：

2.5列舉方式實現

使用列舉就非常簡單了：


public enum Java3y3y {
    
    JAVA_3_Y_3_Y,
}

複製程式碼

那這種有啥好處？？列舉的方式實現：

  • 簡單，直接寫就行了
  • 防止多次例項化，即使是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候(安全)！

這種也較為推薦使用！

三、總結

總的來說單例模式寫法有5種：

  • 餓漢式
  • 簡單懶漢式(在方法加鎖)
  • DCL雙重檢測加鎖(進階懶漢式)
  • 靜態內部類實現懶漢式(最推薦寫法)
  • 列舉方式(最安全、簡潔寫法)

明天估計寫的是工廠模式了，敬請期待哦~~~

參考資料：

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