Java设计模式系列之单例设计模式

Hello,大家好，距离上次写博客是2018年1月26号，算了下，有8个月没写博客了。这里给大家道个歉，因为我换了工作，现就职在深圳一家公司，换了城市，加上工作上的一些事，所以一直抽不开身，2个月前不是太忙的时候，一直想着写点什么，可又找不到感觉了，所有就慢慢吞吞的，今天下定决心，写点渣渣也要写。由于博主最近准备把 设计模式 这一块好好整一整，所以就从最简单的 单例模式 开始，这个单例模式，说简单也简单，说难也难。有点生疏，大家看的时候，如果觉得写的不好，多多包含，OK，进入正题，文章结构:

1. 单例模式简介
2. 饿汉式单例模式
3. 懒汉式线程安全单例模式

1. 单例模式简介

所谓的单例模式，其实大家都知道，就是在应用程序中的某个类，无论在任何时间想拿到这个类的事例，都拿到的是唯一一个实例，那么问题来了，什么叫唯一的一个实例，说的再通俗点，就是拿到的那个指针（C，C++中叫指针，Java中叫引用对象）地址是唯一的。大家通过 new 关键字new几次new出来的对象，那肯定不是唯一的了。

2. 饿汉式单例模式

上代码之前，先说一下，单例模式的几个要点:

• 构造函数私有化(上面说过了,代码中new出来的地址不唯一，那肯定要私有化，不能让用户代码去new)
• 单例类提供方法或者单例对象

OK,上代码了，因为太简单了，不知道怎么再展开了。

public final class Student {
  // 注意这里是私有化的
  private Student() {}
  // 注意这里是私有化的
  private static final Student INSTANCE = new Student();
 // 暴露出去的方法
  public static Student getInstance() {
    return INSTANCE;
  }
}
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贼鸡儿简单，想拿Student对象的时候，直接Student.getInstance(); 不存在什么线程安全问题，因为类内部的static变量会在类加载的时候直接创建出来。你要 想整个静态代码快去初始化INSTANCE变量 ，其实也是一样一样的。这里就不写了。其实就是利用是static变量和static代码快在类加载时直接加载执行原理。

3. 懒汉式线程安全单例模式

其实对于绝大多出场景，上面的饿汉已经绝对够用了。比如Spring框架中的bean，默认情况下就是单例的，就是直接给你new出来，然后丢在内存里，你要@Autowire的时候，直接给你。但这里有个小问题，有些类的初始化非常耗时，比如数据库链接，Redis链接等，这种网络IO操作。很有可能因为网络原因导致很耗时，在类被加载而他的实例还没有被使用的时候，上面的饿汉模式显然是不太合适的，如果这种耗时比较多的饿汉单例比较多的话，影响应用程序的启动时间。So,我们的懒汉上场了，OK,Code:

public final class Student {

  private Student() {}
  
  private static  Student INSTANCE = null;
  
  public static Student getInstance() {
   //Mark 1 
    if(INSTANCE==null){
        INSTANCE= new Student();
    }
    return INSTANCE;
  }
}
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代码也是贼鸡儿简单，在getInstance()中判断一下INSTANCE是不是null，如果是null(第一次调用)就初始化，下一次不是Null，返回旧的那个。写到这里，有点并发编程经验的小伙伴就知道了，在 Mark 1 的位置，当有多个线程同时进入的话，会有两个线程同时进入if()代码快，那么就糟糕了，INSTANCE会被初始化多次。不是线程安全的。接下来重头戏，我会演示几种线程安全的懒汉式单例模式：

（a） synchronized 方法 保证线程同步

直接上代码：

public final class Student {

  private Student() {}
  
  private static  Student INSTANCE = null;
  // Mark 2 
  public static synchronized Student getInstance() {
   //Mark 1 
    if(INSTANCE==null){
        INSTANCE= new Student();
    }
    return INSTANCE;
  }
}
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其实很简单，就是在getInstance()方法上加了synchronized关键字，这里synchronized关键字就不展开讲了，其实就是锁住了整个getInstance()方法，保证线程同步，这样当有多个线程进入这个方法时，会以Student.class为锁，只有一个方法先进去，然后后面的线程再进去的时候，INSTANCE已经不是null了，就进入不了if代码块。所以可以保证if代码块在多线程的情况下只进入一次，也就是说Student类只被实例化一次。

（b） synchronized 代码块 双重锁检查（推荐）

上面的synchronized锁住方法，其实是阔以的，但大家都知道synchronized关键字锁住方法的效率还是有点小问题的，毕竟每次调用这个方法都加锁，想想都很不爽 。效率不是很高，我就不多说了，所以这里推荐使用的是synchronized关键字的 双重锁检查 方式，代码如下:

public final class Student {

  private Student() {}

  // Mark 1 
  private static volatile  Student INSTANCE = null;

  public static Student getInstance() {
    // Mark 2 
    if(INSTANCE == null)
      synchronized (Student.class){
        // Mark 3 
        if(INSTANCE==null){
          INSTANCE= new Student();
        }
      }
    return INSTANCE;
  }
}
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好了，来分析下这个代码，先看所谓的双重锁检查的Mark 2 和 Mark 3 ，如果没有Mark 2 的话，其实和在方法上加synchronized关键字的效果是一样一样的，效率比较差，每次进这个方法后，都加一波锁。如果没有Mark 3 的话，大家想一想，当有两个线程同时走到Mark 2 的位置，这时两个线程都进入第一个If代码快，然后在synchronized关键字的时候被锁住一个线程，另一个进去了，然后INSTANCE被初始化了，那么当这个线程出来后，另外一个被锁住的线程进去之后，如果没有Mark 3 的话，直接执行INSTANCE= new Student(); 又实例化了一个Student，这显然不是单例模式了。所有，Mark 2 和 Mark 3 的位置的if判断都是不能少的，这也就是所谓的双重锁检查了。这样即能保证Student类只被实例化一次，又能保证在安全的实例化后，后续getInstance()的时候不走有锁的代码了，是不是很完美。大家好好体会一下。最后值得一说的是，在Mark 1 的位置，必须保证这个INSTANCE变量是volatile 类型的，其实是为了保证线程可见性，保证第一个进入线程后的赋值操作，在后面的线程进入后，能够看到，也就是说Mark 3 位置能看到。给大家一个参考文章，解释为什么要volatile关键字的。 单例模式中用volatile和synchronized来满足双重检查锁机制

（c ) 静态内部类方式

public final class Student {


  private Student() {}

  public static Student getInstance() {
  
        return StudentInner.INSTANCE;
  }

  private static class StudentInner {
  
    private static final Student INSTANCE =
        new Student();
  }
}
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其实就是利用了静态内部类的加载顺序问题，（静态内部类的加载顺序），只有在调用StudentInner.INSTANCE的时候，静态内部类才被加载，INSTANCE变量才会被实例化，而且，类的加载肯定是线程安全的，不用考虑volatile和synchronized的问题。有意思不？！哈哈。

4. 结语

好了，单例模式其实就差不多了，网上也有很多相似的文章，我其实就是做了个总结，加了点自己的理解，没什么技术含量，后面给大家写其他设计模式的时候可能有点技术含量，结合实际的案例，比如哪些框架里用到了，这个单例模式，最典型的就是Spring容器里的Bean了，要是再要举例的话，那就是System.getSecurityManager()了，这个也是单例的。这个类是管理Java Application的权限的，不怎么用，我们一般都是运行容器时管理权限，很少在代码里去控制。 Over,Have a good day !