设计模式之禅读书笔记-单例模式你真的掌握了吗？

2023年6月14日 152次阅读 来源: 增其Mrlu

date: 2017-04-10 23:21:08

单例模式的定义

单例模式是以个比较简单的模式，其定义如下：
Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（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。）

优点：
单例模式主要是为了避免因为创建了多个实例造成资源的浪费，且多个实例由于多次调用容易导致结果出现错误，而使用单例模式能够保证整个应用中有且只有一个实例。可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。

缺点：
单例模式一般没有接口，拓展困难，除了修改代码基本没有第二种途径可以实现；对测试不利，单例模式没有完成，是不能进行测试的；单例模式与单一职责原则有冲突。

理解懒汉与饿汉：
懒汉和饿汉的本质区别，就是实例化对象的时机。

“懒汉式”是在你真正用到的时候才去建这个单例对象。
“饿汉式”类加载的时候，就把单例的初始化完成了。

如何写好单例模式？

不好的写法：

第一种：懒汉式。多线程情况下，多个线程可以同时通过
If(singleton == null) 创建多个Singleton()，所以是线程不安全的。

public Class Singleton{

    private static Singleton instance;

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

}

第二种 懒汉，线程安全。在getInstance()加上synchronized,实现同步,此时线程安全，但是在方法加上synchronized后，在一个线程执行getInstance()的，其他线程都被阻塞了，所以性能比较低下。

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

下面我们看比较高效+线程安全的写法。

第一种： 双重检查锁定（double-checked locking) ，这种写法在第一次初始化之后，其他线程再来getInstance的时候会省掉很多因为同步带来的的性能消耗。

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

但是，这个版本的写法在指令重排的情况下会出错。
可以在 private static Singleton instance 加入 volatile 改为
private static volatile Singleton instance

volatile：这个关键字有两层语义。第一层语义相信大家都比较熟悉，就是可见性。可见性指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存（Work Memory）写回主内存（Main Memory），所以会马上反应在其它线程的读取操作中。顺便一提，工作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存，工作内存是线程独享的，主存是线程共享的。volatile的第二层语义是禁止指令重排序优化。

这样子应该可以了吧？

然而，禁止指令重排优化这条语义在jdk1.5以后才能正确工作
关于这个写法存在的问题，涉及到的知识比较深入了，现在暂时不做深究，感兴趣的朋友可以尝试阅读《深入理解JVM》里面类加载的相关内容。
此外DCL还有其他的写法，比如从synchronized一个类改成一个static 的Object对象。

第二种：饿汉式。缺点是它不是一种懒加载模式，单例会在加载类后一开始就被初始化。

public class Singleton{
//类加载时就初始化
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

第三种：Effective Java 推荐单例用法：静态内部类法。这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷。

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

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
    原文作者：增其Mrlu
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/551a2da50c36
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