前言
只有光頭才能變強
回顧前面：
本來打算沒那么快更新的，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：一個類中能創建一個實例，所以稱之為單例！
那我們什么時候會用到單例模式呢？？
- 那我們想想既然一個類中只能創建一個實例了，那么可以說這是跟類的狀態與對象無關的了。
- 頻繁創建對象、管理對象是一件耗費資源的事，我們只需要創建一個對象來用就足夠了！
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
那既然多例是頻繁創建對象、需要管理對象的，那Struts2為什么要多例呢？？
- 主要由於設計層面上的問題，Struts2是基於Filter攔截類的，ognl引擎對變量是注入的。所以它要設計成多例的~
能使用一個對象來做就不用實例化多個對象！這就能減少我們空間和內存的開銷~
那有可能有的人又會想了：我們使用靜態類.doSomething()和使用單例對象調用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()體現的是基於對象，而使用單例設計模式體現的是面向對象。
二、編寫單例模式的代碼
編寫單例模式的代碼其實很簡單，就分了三步：
- 將構造函數私有化
- 在類的內部創建實例
- 提供獲取唯一實例的方法
2.1餓漢式
根據上面的步驟，我們就可以輕松完成創建單例對象了。
public class Java3y {
// 1.將構造函數私有化，不可以通過new的方式來創建對象
private Java3y(){}
// 2.在類的內部創建自行實例
private static Java3y java3y = new Java3y();
// 3.提供獲取唯一實例的方法
public static Student getJava3y() {
return java3y;
}
}
這種代碼我們稱之為：“餓漢式”：
- 一上來就創建對象了，如果該實例從始至終都沒被使用過，則會造成內存浪費。
2.2簡單懶漢式
既然說一上來就創建對象，如果沒有用過會造成內存浪費：
- 那么我們就設計用到的時候再創建對象！
public class Java3y {
// 1.將構造函數私有化，不可以通過new的方式來創建對象
private Java3y(){}
// 2.1先不創建對象，等用到的時候再創建
private static Java3y java3y = null;
// 2.1調用到這個方法了，證明是要被用到的了
public static Java3y getJava3y() {
// 3. 如果這個對象引用為null，我們就創建並返回出去
if (java3y == null) {
java3y = new Java3y();
}
return java3y;
}
}
上面的代碼行不行？？在單線程環境下是行的，在多線程環境下就不行了！
- 如果不知道為啥在多線程環境下不行的同學可參考我之前的博文：多線程基礎必要知識點！看了學習多線程事半功倍
要解決也很簡單，我們只要加鎖就行了：
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置鎖在多線程環境下性能會比較低下，所以我們可以將鎖的范圍縮小。
public class Java3y {
private Java3y() {
}
private static Java3y java3y = null;
public static Java3y getJava3y() {
if (java3y == null) {
// 將鎖的范圍縮小，提高性能
synchronized (Java3y.class) {
java3y = new Java3y();
}
}
return java3y;
}
}
那上面的代碼可行嗎？？不行，因為雖然加了鎖，但還是有可能創建出兩個對象出來的：
- 線程A和線程B同時調用
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代碼塊了 - 此時線程A得到CPU的控制權-->進入同步代碼塊-->創建對象-->返回對象
- 線程A完成了以后，此時線程B得到了CPU的控制權。同樣是-->進入同步代碼塊-->創建對象-->返回對象
- 很明顯的是：Java3y類返回了不止一個實例！所以上面的代碼是不行的！
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) {
// 線程A
new Thread(() -> {
// 創建單例對象
Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
System.out.println(java3y);
}).start();
// 線程B
new Thread(() -> {
// 創建單例對象
Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
System.out.println(java3y);
}).start();
// 線程C
new Thread(() -> {
// 創建單例對象
Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
System.out.println(java3y);
}).start();
}
}
可以看到，打印出的對象不單單只有一個的！
厲害的程序員又想到了：進入同步代碼塊時再判斷一下對象是否存在就穩了吧！
- 所以，有了下面的代碼
public class Java3y {
private Java3y() {
}
private static Java3y java3y = null;
public static Java3y getJava3y() {
if (java3y == null) {
// 將鎖的范圍縮小，提高性能
synchronized (Java3y.class) {
// 再判斷一次是否為null
if (java3y == null) {
java3y = new Java3y();
}
}
}
return java3y;
}
}
其實還不穩！這里會有重排序的問題：
本來想測試重排序問題的效果的，一直沒測試出來~~~有相關測試代碼的希望可以告訴我怎么能測出來....
要解決也十分簡單，加上我們的volatile關鍵字就可以了，volatile有內存屏障的功能！
具體可參考資料：
- https://www.zhihu.com/question/35268028----雙重檢查鎖失效是因為對象的初始化並非原子操作？
- http://ifeve.com/doublecheckedlocking/---有關“雙重檢查鎖定失效”的說明
- https://my.oschina.net/u/866190/blog/205454----正確使用雙重檢查鎖(DCL)
所以說，完整的DCL代碼是這樣子的：
public class Java3y {
private Java3y() {
}
private static volatile Java3y java3y = null;
public static Java3y getJava3y() {
if (java3y == null) {
// 將鎖的范圍縮小，提高性能
synchronized (Java3y.class) {
// 再判斷一次是否為null
if (java3y == null) {
java3y = new Java3y();
}
}
}
return java3y;
}
}
再說明：
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：
- 當任何一個線程第一次調用
getInstance()時，都會使SingletonHolder被加載和被初始化，此時靜態初始化器將執行Singleton的初始化操作。(被調用時才進行初始化！) - 初始化靜態數據時，Java提供了的線程安全性保證。(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加載
private static class LazyHolder {
// 創建單例對象
private static final Java3y INSTANCE = new Java3y();
}
// 獲取對象
public static final Java3y getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
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：
- https://www.zhihu.com/question/35454510/answer/62829602----java 單例模式通過內部靜態類的方式？
2.5枚舉方式實現
使用枚舉就非常簡單了：
public enum Java3y3y {
JAVA_3_Y_3_Y,
}
那這種有啥好處？？枚舉的方式實現：
- 簡單，直接寫就行了
- 防止多次實例化，即使是在面對復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)
- 枚舉方式(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：
- 《設計模式之禪》
- http://www.cnblogs.com/seesea125/archive/2012/04/05/2433463.html---為什么要用單例模式？
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/32310340---聖誕節，讓我們聊聊單例模式
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/34406410---單例模式詳解
- http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/1776---使用單例模式需要注意的幾個問題
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/23713957---Java設計模式(一)-單例模式
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