摘要：總結(jié)我們主要介紹到了以下幾種方式實(shí)現(xiàn)單例模式餓漢方式線程安全懶漢式非線程安全和關(guān)鍵字線程安全版本懶漢式雙重檢查加鎖版本枚舉方式參考設(shè)計(jì)模式中文版第二版設(shè)計(jì)模式深入理解單例模式我是一個(gè)以架構(gòu)師為年之內(nèi)目標(biāo)的小小白。

初遇設(shè)計(jì)模式在上個(gè)寒假，當(dāng)時(shí)把每個(gè)設(shè)計(jì)模式過(guò)了一遍，對(duì)設(shè)計(jì)模式有了一個(gè)最初級(jí)的了解。這個(gè)學(xué)期借了幾本設(shè)計(jì)模式的書(shū)籍看，聽(tīng)了老師的設(shè)計(jì)模式課，對(duì)設(shè)計(jì)模式算是有個(gè)更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。后面可能會(huì)不定期更新一下自己對(duì)于設(shè)計(jì)模式的理解。每個(gè)設(shè)計(jì)模式看似很簡(jiǎn)單，實(shí)則想要在一個(gè)完整的系統(tǒng)中應(yīng)用還是非常非常難的。然后我的水品也非常非常有限，代碼量也不是很多，只能通過(guò)閱讀書(shū)籍、思考別人的編碼經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合自己的編碼過(guò)程中遇到的問(wèn)題來(lái)總結(jié)。

怎么用->怎么用才好->怎么與其他模式結(jié)合使用，我想這是每個(gè)開(kāi)發(fā)人員都需要逾越的一道鴻溝。

保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問(wèn)它的全局訪問(wèn)點(diǎn)。

在我們的系統(tǒng)中，有一些對(duì)象其實(shí)我們只需要一個(gè)，比如說(shuō)：線程池、緩存、對(duì)話框、注冊(cè)表、日志對(duì)象、充當(dāng)打印機(jī)、顯卡等設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的對(duì)象。事實(shí)上，這一類對(duì)象只能有一個(gè)實(shí)例，如果制造出多個(gè)實(shí)例就可能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題的產(chǎn)生，比如：程序的行為異常、資源使用過(guò)量、或者不一致性的結(jié)果。

對(duì)于頻繁使用的對(duì)象，可以省略創(chuàng)建對(duì)象所花費(fèi)的時(shí)間，這對(duì)于那些重量級(jí)對(duì)象而言，是非?？捎^的一筆系統(tǒng)開(kāi)銷；

由于 new 操作的次數(shù)減少，因而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率也會(huì)降低，這將減輕 GC 壓力，縮短 GC 停頓時(shí)間。

我們知道全局變量分為靜態(tài)變量和實(shí)例變量，靜態(tài)變量也可以保證該類的實(shí)例只存在一個(gè)。
只要程序加載了類的字節(jié)碼，不用創(chuàng)建任何實(shí)例對(duì)象，靜態(tài)變量就會(huì)被分配空間，靜態(tài)變量就可以被使用了。

但是，如果說(shuō)這個(gè)對(duì)象非常消耗資源，而且程序某次的執(zhí)行中一直沒(méi)用，這樣就造成了資源的浪費(fèi)。利用單例模式的話，我們就可以實(shí)現(xiàn)在需要使用時(shí)才創(chuàng)建對(duì)象，這樣就避免了不必要的資源浪費(fèi)。 不僅僅是因?yàn)檫@個(gè)原因，在程序中我們要盡量避免全局變量的使用，大量使用全局變量給程序的調(diào)試、維護(hù)等帶來(lái)困難。

餓漢方式。指全局的單例實(shí)例在類裝載時(shí)構(gòu)建

懶漢方式。指全局的單例實(shí)例在第一次被使用時(shí)構(gòu)建。

不管是那種創(chuàng)建方式，它們通常都存在下面幾點(diǎn)相似處：

單例類必須要有一個(gè) private 訪問(wèn)級(jí)別的構(gòu)造函數(shù)，只有這樣，才能確保單例不會(huì)在系統(tǒng)中的其他代碼內(nèi)被實(shí)例化;

instance 成員變量和 uniqueInstance 方法必須是 static 的。

    public class Singleton {
       //在靜態(tài)初始化器中創(chuàng)建單例實(shí)例，這段代碼保證了線程安全
        private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
        private Singleton(){}
        public static Singleton getInstance(){
            return uniqueInstance;
        }
    }

所謂 “餓漢方式” 就是說(shuō)JVM在加載這個(gè)類時(shí)就馬上創(chuàng)建此唯一的單例實(shí)例，不管你用不用，先創(chuàng)建了再說(shuō)，如果一直沒(méi)有被使用，便浪費(fèi)了空間，典型的空間換時(shí)間，每次調(diào)用的時(shí)候，就不需要再判斷，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。

## 2.2 懶漢式（非線程安全和synchronized關(guān)鍵字線程安全版本 ）

public class Singleton {  
      private static Singleton uniqueInstance;  
      private Singleton (){
      }   
      //沒(méi)有加入synchronized關(guān)鍵字的版本是線程不安全的
      public static Singleton getInstance() {
          //判斷當(dāng)前單例是否已經(jīng)存在，若存在則返回，不存在則再建立單例
          if (uniqueInstance == null) {  
              uniqueInstance = new Singleton();  
          }  
          return uniqueInstance;  
      }  
 }

所謂 “餓漢方式” 就是說(shuō)單例實(shí)例在第一次被使用時(shí)構(gòu)建，而不是在JVM在加載這個(gè)類時(shí)就馬上創(chuàng)建此唯一的單例實(shí)例。

但是上面這種方式很明顯是線程不安全的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)getInstance()方法時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如果想要保證線程安全，一種比較常見(jiàn)的方式就是在getInstance() 方法前加上synchronized關(guān)鍵字，如下：

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

我們知道synchronized關(guān)鍵字偏重量級(jí)鎖。雖然在JavaSE1.6之后synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行了主要包括：為了減少獲得鎖和釋放鎖帶來(lái)的性能消耗而引入的偏向鎖和輕量級(jí)鎖以及其它各種優(yōu)化之后執(zhí)行效率有了顯著提升。

但是在程序中每次使用getInstance() 都要經(jīng)過(guò)synchronized加鎖這一層，這難免會(huì)增加getInstance()的方法的時(shí)間消費(fèi)，而且還可能會(huì)發(fā)生阻塞。我們下面介紹到的 雙重檢查加鎖版本 就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而存在的。

利用雙重檢查加鎖（double-checked locking），首先檢查是否實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建，如果尚未創(chuàng)建，“才”進(jìn)行同步。這樣以來(lái)，只有一次同步，這正是我們想要的效果。

public class Singleton {

    //volatile保證，當(dāng)uniqueInstance變量被初始化成Singleton實(shí)例時(shí)，多個(gè)線程可以正確處理uniqueInstance變量
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton getInstance() {
       //檢查實(shí)例，如果不存在，就進(jìn)入同步代碼塊
        if (uniqueInstance == null) {
            //只有第一次才徹底執(zhí)行這里的代碼
            synchronized(Singleton.class) {
               //進(jìn)入同步代碼塊后，再檢查一次，如果仍是null，才創(chuàng)建實(shí)例
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

很明顯，這種方式相比于使用synchronized關(guān)鍵字的方法，可以大大減少getInstance() 的時(shí)間消費(fèi)。

我們上面使用到了volatile關(guān)鍵字來(lái)保證數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性，關(guān)于volatile關(guān)鍵字的內(nèi)容可以看我的這篇文章：
《Java多線程學(xué)習(xí)（三）volatile關(guān)鍵字》： https://blog.csdn.net/qq_34337272/article/details/79680771

注意： 雙重檢查加鎖版本不適用于1.4及更早版本的Java。
1.4及更早版本的Java中，許多JVM對(duì)于volatile關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致雙重檢查加鎖的失效。

除了上面說(shuō)的幾種創(chuàng)建方式之外，還有挺多種其他的創(chuàng)建方式這里稍微多提一點(diǎn)使用枚舉的方式，其他創(chuàng)建方式我們就不管了，沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)性的作用。

枚舉實(shí)現(xiàn)單例的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，但是大部分應(yīng)用開(kāi)發(fā)很少用枚舉，可讀性并不是很高。個(gè)人感覺(jué)懶漢式(雙重檢查加鎖版本)還是使用挺多的，這種方式的可讀性也比較好。

public enum Singleton {
     //定義一個(gè)枚舉的元素，它就是 Singleton 的一個(gè)實(shí)例
    INSTANCE;  
    
    public void doSomeThing() {  
         System.out.println("枚舉方法實(shí)現(xiàn)單例");
    }  
}

使用方法：

public class ESTest {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
        singleton.doSomeThing();//output:枚舉方法實(shí)現(xiàn)單例

    }

}

《Effective Java 中文版 第二版》

這種方法在功能上與公有域方法相近，但是它更加簡(jiǎn)潔，無(wú)償提供了序列化機(jī)制，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，即使是在面對(duì)復(fù)雜序列化或者反射攻擊的時(shí)候。雖然這種方法還沒(méi)有廣泛采用，但是單元素的枚舉類型已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。 —-《Effective Java 中文版 第二版》

《Java與模式》

《Java與模式》中，作者這樣寫(xiě)道，使用枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單實(shí)例控制會(huì)更加簡(jiǎn)潔，而且無(wú)償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制，并由JVM從根本上提供保障，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，是更簡(jiǎn)潔、高效、安全的實(shí)現(xiàn)單例的方式。

我們主要介紹到了以下幾種方式實(shí)現(xiàn)單例模式：

餓漢方式(線程安全）

懶漢式（非線程安全和synchronized關(guān)鍵字線程安全版本)

懶漢式(雙重檢查加鎖版本)

枚舉方式

參考：

《Head First 設(shè)計(jì)模式》

《Effective Java 中文版 第二版》

【Java】設(shè)計(jì)模式：深入理解單例模式

我是Snailclimb,一個(gè)以架構(gòu)師為5年之內(nèi)目標(biāo)的小小白。
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