美團一面：會單例模式嗎，寫個單例看看？（8大單例模式實現方式總結）

來源：mikechen的網際網路架構

一位小夥伴前幾天參加美團一面，被問到了這道題目：會單例模式嗎，用靜態內部類寫個單例。

在 Java 中，單例模式是開發時應用最多的設計模式。例如，常見的 Spring 預設建立的 bean ，就是單例模式。

在大廠面試中，單例模式也是高頻常考。透過這個題目，可以考察很多知識點。例如：單例模式的執行緒安全問題，列舉的實現、類載入機制、synchronized 的原理.....。

由於單例模式沒回答好，小夥子最終敗倒美團一面，錯失了大廠機會。

詳細面試過程就不細說了，更重要的是，我們不能在同一個地方跌倒兩次。

我們今天就來介紹單例模式的 8 種實現方式，看完本文，面試再被問到單例模式的實現，就能給到面試官滿意的答案了。

本文目錄：

1. 單例模式的定義

2. 單例模式的使用原因

3. 單例模式的 8 種實現方式

4. 單例模式的 4 大應用場景

5. 單例模式的優點、缺點

6. 單例模式的選型參考思路

7. 總結

大家好，我是mikechen，本文是設計模式系列篇之一。為了方便大家學習，我已將本文內容歸納到《深入淺出設計模式》PDF，一共約 2+萬字，81頁，圖文並茂非常詳細。

夯實基礎、複習備面都用得上，需要的同學文末自取。

單例模式（Singleton Pattern），又稱為單子模式，屬於建立型模式。

單例模式是一種常見的設計模式，確保一個類只有一個例項，並提供一個全域性訪問點以獲取該例項。

單例模式的特點：

• 單例類只能有一個例項。

• 單例類必須自己建立自己的唯一例項。

• 單例類必須給所有其他物件提供這一例項。

單例模式：

• 保證了全域性物件的唯一性。在整個應用中有、且只有一個例項，並提供一個全域性訪問點，以獲取該例項。

  
  

• 避免了因為建立了多個例項造成資源的浪費，且多個例項由於多次呼叫、容易導致結果出現錯誤。

  
  

示例：

public class Printer {    private static Printer printer =null;//建立一個私有的全域性變數    /*     * 如果有多執行緒併發訪問時，上鎖，讓其排隊等候，一次只能一人用。     */    public static synchronized Printer getPrinter(){        if(printer==null){//如果為空，建立本例項            printer = new Printer();        }        return printer;    }    /*     * 構造私有化，保證在系統的使用中，只有一個例項     */    private Printer(){
    }}

使用單例模式：

• 單例模式向外提供了一個可被訪問的例項化的物件。如果沒有該物件，printer 類建立一個。

  
  

• 如果遇到多執行緒併發訪問，加上關鍵字 Synchronized 上鎖，讓沒有持有該物件的類處於等待狀態。

  
  

• 當前持有該 printer 的執行緒任務結束之後，處於等待中的執行緒才能逐個去持有該例項，去操作其方法。

  
  

透過單例模式，讓多執行緒處於等待的狀態，一個一個去解決，節約了記憶體，也提高了執行的效率。

不使用單例模式：

如果多執行緒訪問，printer 就會給要請求的類，分別在記憶體中 new 出一個 printer 物件，讓這些請求的類去做 print 方法。

這樣會佔用大量記憶體，導致系統執行變慢。

常見的單例模式實現方式有 8 種。

我們先一覽全貌，然後再逐一瞭解。

1.   餓漢模式

1.1  餓漢式：靜態常量

實現最簡單、執行緒安全。

例項在類載入時就被建立，避免了執行緒同步問題。

但是，例項在類載入時就被建立，沒有達到 Lazy Loading 的效果。

如果不需要、且從未使用過該例項，就會浪費記憶體。

public class Singleton {    private static final Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() { }
    public static Singleton getInstance() {        return instance;    }}

1.2  餓漢模式：靜態程式碼塊

和第 1 種方式的主要區別，是在類裝載時，就執行靜態程式碼塊中的程式碼，初始化類的例項。

public class Singleton {
     private static Singleton instance;
    static {          instance = new Singleton( );    }
   private Singleton() { }
   public static Singleton getInstance()  {           return inatance;   }}

2.  懶漢模式

2.1   懶漢模式

執行緒不安全，在多執行緒環境中不能使用該方式，只能在單執行緒環境中使用。

如果在多執行緒環境中，一個執行緒進入了 if (singleton == null)  判斷語句塊，還沒往下執行，另一個執行緒也透過了這個判斷語句，這時就會產生多個例項。

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

2.2  懶漢模式：同步方法

執行緒安全，但方法進行同步的效率極低。

雖說做個執行緒同步，能解決第 3 種方法中的執行緒不安全問題。

但是，每個執行緒需要獲得類的例項時，執行 getInstance() 方法都需要進行同步，效率極低。

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

2.3  懶漢模式：同步程式碼塊

執行緒安全，但沒有起到執行緒同步的作用，可能產生多個例項。

例如：

一個執行緒進入了 if (singleton == null) 判斷語句塊，還沒往下執行，另一個執行緒也透過了這個判斷語句，這時便會產生多個例項。

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

3.  雙重檢查鎖（Double-Checked Locking）

執行緒安全、延遲載入、效率較高。

使用 volatile 關鍵字，來保證底層指令執行順序。

入口處判斷 null，可以省去每次加鎖的耗費，提升效能。

但由於第一次載入反應稍慢，以及 Java 記憶體模型的原因，偶爾還是會失敗，在高併發環境下存在一定的缺陷。

/**
 * Double Check Lool (DCL)實現單例
 *
 * @author mikechen
 */
public class SingletonDCL {
    private volatile static SingletonDCL instance = null;


    //構造方法私有
    private SingletonDCL() {
    }


    public static SingletonDCL getInstance() {
        //進行兩次非空判斷  ，第一層是為了避免不必要的同步
        if (instance == null) {
            //獲取Singleton3.class的鎖，避免例項化多次
            synchronized (SingletonDCL.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDCL();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4.  靜態內部類

避免了執行緒不安全，延遲載入，效率高。

在類內部有一個靜態內部類，由於靜態內部類的靜態屬性，僅在第一次載入類時初始化。

確保執行緒安全，也能夠保證單例物件的唯一性，同時也延遲了單例的例項化。

缺點是無法傳參，在類進行初始化時，其它執行緒無法進入。

/**
 * 靜態內部類實現單例模式
 *
 * @author mikechen
 */
public class SingletonStatic {
    private SingletonStatic() {
    }


    public static SingletonStatic getInstance() {
        return SingLineHolder.instance;
    }


    private static class SingLineHolder {
        private static final SingletonStatic instance = new SingletonStatic();
    }


}

靜態內部類與餓漢模式的相同之處：

都採用了類裝載的機制，來保證初始化例項時只有一個執行緒。

靜態內部類與餓漢模式的不同之處：

• 餓漢式：只要 Singleton 類被裝載就會例項化，沒有 Lazy-Loading 的作用。

  
  

• 靜態內部類：在 Singleton 類被裝載時，並不會立即例項化。而是在需要例項化時，呼叫 getInstance 方法，才會裝載SingletonInstance 類，從而完成 Singleton 的例項化。

5.   列舉

多執行緒安全，寫法非常簡潔，自動支援序列化機制，絕對防止多次例項化。

缺點是不能透過 reflection attack 來呼叫私有構造方法。

/**
 * 列舉實現單例模式
 *
 * @author mikechen
 */
public enum  SingletonEnum {
    INSTANCE;
    SingletonEnum() {}
    public void getName() {}
}

單例模式通常用於想要控制例項數目、節省系統資源的場景中。

一些常見的應用場景：

•  工具類物件；

  
  

•  頻繁訪問資料庫或檔案的物件；

  
  

• 需要頻繁的進行建立和銷燬的物件；

  
  

• 建立物件時耗時過多、或耗費資源過多，但又頻繁要用到的物件。

  
  

單例模式的優點：

• 避免對資源的多重佔用；

  
  

• 簡化物件管理，提供全域性訪問點，方便在整個應用程式中共享例項；

  
  

• 提供了對唯一例項的受控訪問。

單例模式的缺點：

• 由於單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴充套件有很大的困難；

  
  

• 不適用於變化的物件，如果同一型別的物件總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起資料的錯誤，不能儲存彼此的狀態;

  
  

• 單例類職責過重，在一定程度上違背了單一職責。

單例模式的選型參考：

• 列舉方式通常被認為是最佳實踐，因為它既簡潔、又執行緒安全；

  
  

• 一般情況下使用餓漢式，不使用懶漢式、懶漢式（同步方法）；

  
  

• 只有在要明確實現 lazy loading 效果時，才會使用靜態內部類方式；

  
  

• 如果有其他特殊的需求，可以考慮使用雙重檢查鎖。

  
  

以上，只是提供一些參考思路。

大家在實際應用時，要結合每種實現方式的特點、具體使用場景、以及實際需求合理選型。

以上，就是單例模式的全部詳解。

透過本文，我們瞭解並掌握了單例模式的核心知識點，包括：單例模式的 8 種實現方式、4 大應用場景、以及單例模式的選型參考思路等。

在 Java 中，單例模式是開發時應用最多的設計模式。在大廠面試中，單例模式也是高頻常考，非常重要。