设计模式——（6）单例模式

第六章 单例模式

为什么需要单例模式?
有些对象只需要一个，例如：线程池、缓存和日志对象。

单例模式的特点：

• 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点；
• 防止一个全局使用的类频繁地创建与销毁；
• 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建；
• 构造函数是私有的，若提供公共的构造函数 ，则可以构造多个该类对象。

1.1 饿汉式单例

在JVM启动便加载，优点是代码简单，缺点是存在启动时的性能消耗、若未使用该对象，会浪费资源等问题。

package headfirst.designpatterns.singleton.hungryLoding;

public class Singleton {
    // 类加载时便初始单例对象
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
    
    private Singleton() {
    }
	// 提供全局访问点，由于私有构造，所有方法声明为static（类方法），可直接调用，不用new对象。
    public static Singleton getInstance(){
        return uniqueInstance;
    }
}

1.2 同步方法单例

使用synchronized关键字修饰全局访问的方法，可保证在多线程的环境下只有一个线程访问。

package headfirst.designpatterns.singleton.syncMethod;

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    // 饿汉式加载，当第一次使用到该对象时，才创建该对象，
    // 使用synchronized保证创建或访问单例对象时，只有一个线程获取到锁，避免造成线程不安全。
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

1.3 双重校验锁方法单例

synchronized 方法修饰方法，会有较大的性能损耗，所以提出了双重校验锁的方法进一步优化。

package headfirst.designpatterns.singleton.doubleCheckedLocking;

public class Singleton {
    // 使用 volatile 关键字是为了防止在多线程的环境下，防止在创建单例对象时重排指令，进而造成线程不安全。
    private static volatile Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    // 由于没有使用 synchronized 修饰方法，所以多个线程可能同时进入该方法
    public static Singleton getInstance(){
        if (uniqueInstance == null){ 
        // 若线程1、2同时进入这里，线程1拿到锁进入。
        // ...线程2等待线程1释放锁,线程2拿到锁后，由于线程1已经创建了单例对象，
        // 所以线程2无需再次创建单例对象，故在进入同步代码块后，需再次判断单例对象是否为空。
            synchronized(Singleton.class){
                if (uniqueInstance == null){
                    uniqueInstance = new Singleton();//线程1拿到锁返回
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

关于为什么使用volatile关键字修饰单例对象变量？

uniqueInstance = new Singleton(); 这行代码是由三个步骤组成，

• 1.分配对象内存，
• 2.初始化单例对象
• 3.引用变量指向单例对象

如下图，如果线程 1 获取到锁进入创建对象实例，这个时候发生了指令重排序。当线程1 执行到 t3 时刻，线程 2 刚好进入，由于此时对象已经不为 Null，所以线程 2 可以自由访问该对象。然后该对象还未初始化，所以线程 2 访问时将会发生异常。

上图参考博客：https://blog.youkuaiyun.com/wanghao112956/article/details/99672270

参考

[1] Freeman E. Head First 设计模式[M] 中国电力出版社.
[2] 菜鸟教程.