java学习笔记 java编程思想 第6章 补充 单例模式

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优快云一位大佬关于单例模式的博文讲的很好：https://blog.youkuaiyun.com/jason0539/article/details/23297037/

参考视频：https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=33&spm_id_from=pageDriver

1. 单例模式的特点

1. 单例类只能有一个实例。
2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3. 单例类必须给所有其他类提供这一实例。

2. 饿汉式单例

2.1 饿汉式（静态常量）

/**
 * 饿汉式单例模式
 * 饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。
 *
 * 1. 构造器私有化。避免外部通过new关键字被实例化。在同一个虚拟机内，Hungry的唯一实例只能通过getInstance()创建。
 * （事实上，java的反射机制可以创建private修饰构造器的类，这样会使单例模式失效。）
 * 2. 开始一上来，就直接定义一个private static final Hungry的实例instance，然后通风new在定义处初始化。
 * 3. 通过公共静态方法向外部提供该对象的引用
 *
 * 存在的问题：
 * 因为一上来就创建好所有的对象。如果这些对象很消耗内存空间，就会出问题。
 */

public class Hungry {

    // 验证内存占用问题
    /*
    private static  Byte[] data1 = new Byte[1024 * 1024];
    private static  Byte[] data2 = new Byte[1024 * 1024];
    private static  Byte[] data3 = new Byte[1024 * 1024];
    private static  Byte[] data4 = new Byte[1024 * 1024];
    private static  Byte[] data5 = new Byte[1024 * 1024];
    private static  Byte[] data6 = new Byte[1024 * 1024];
    */

    private Hungry() { }

    private static final Hungry instance = new Hungry();
	//静态工厂方法
    // 对外暴露一个public static 的方法，返回该实例独享的引用。
    public static Hungry getInstance() {
        return  instance;
    }
}


// 测试
import com.qww.supplement.singleton.hungry.Hungry;

public class Test06 {

    public static void main(String[] args) {
        Hungry instance = Hungry.getInstance();
        System.out.println(instance == new A().f());
    }
}

class A {
    public Hungry f(){
        return Hungry.getInstance();
    }
}
// 运行结果
true

2.2 饿汉式（静态代码块）

public class Hungry {
    private Hungry() { }
    private static Hungry instance;
    static {
        instance  = new Hungry();
    }
	//静态工厂方法
    // 对外暴露一个public static 的方法，返回该实例独享的引用。
    public static Hungry getInstance() {
        return  instance;
    }
}

3. 懒汉式单例

3.1 懒汉式单例（非线程安全）

/**
 * 懒汉式单例
 *
 * 1. 构造器私有化。
 * 2. 开始一上来，不像饿汉式单例那样，就直接在类加载时创建对象，而是在调用getInstance*()方法且instanc为null时才创建对象。
 * 3. 在向外部提供对象引用的静态方法体中，对对象引用做null判断，如果为null才创建对象对该私有字段进行初始化，最后将对象引用返回。
 * 4. 同时考虑到要工作在多线程环境下，对多个线程会创建多个对象，所以需要使用synchronized进行同步。
 */
public class LazyMan {
    private LazyMan() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok!");
    }

    private static LazyMan instance;
	// 静态工厂方法
    public static LazyMan getInstance() {
        /*
            这在多线程环境下，是线程不安全的，会出现多个LazyMan实例
         */
        if (instance == null) {
            instance = new LazyMan();
        }
        return instance;
    }
	
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
                }
            }).start();
        }
    }
}
// 运行结果
Thread-0 ok!
Thread-3 ok!
Thread-2 ok!
Thread-1 ok!

3.2 多线程环境下的懒汉式单例

3.2.1 在getInstance()方法上加同步

/**
 * 懒汉式单例
 *
 * 1. 构造器私有化。
 * 2. 开始一上来，不像饿汉式单例那样，就直接创建对象，而是不对该私有字段初始化，
 * 3. 在向外部提供对象引用的静态方法体中，对对象引用做null判断，如果为null才创建对象对该私有字段进行初始化，最后将对象引用返回。
 * 4. 同时考虑到要工作在多线程环境下，对多个线程会创建多个对象，所以需要使用synchronized进行同步。
 * 
 * 缺点：直接同步方法效率太低了。每个线程调用getInstance()方法获取实例时，都需要同步。
 * 但是其实这个方法执行一次实例化代码就够了。后面的获取实例直接return就行了。
 * 
 */
public class LazyMan {
    private LazyMan() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok!");
    }

    private static LazyMan instance;
	// 静态工厂方法
    public static synchronized LazyMan getInstance() {
        if (instance == null) {
        	instance = new LazyMan();
        }
        return instance;
    }
}

3.2.2 同步代码块

public class LazyMan {
    private LazyMan() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ok!");
    }

    private static LazyMan instance;
    // 静态工厂方法
    public static LazyMan getInstance() {
        /*
            这在多线程环境下，是线程不安全的，会出现多个LazyMan实例
            如果一个线程进入if (instance == null)判断语句，刚刚通过。还没有来得及执行下面的语句
            而另一个线程也通过if判断语句，那么就会出现两个线程同时执行instance = new LazyMan();语句
            从而出现多个实例。
         */
        /*
        if (instance == null) {
            synchronized (LazyMan.class) {
                instance = new LazyMan();
            }
        }
        */
        synchronized (LazyMan.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new LazyMan();
            }
        }
        return instance;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
                }
            }).start();
        }
    }
}

3.2.3 双重检查锁定

// 懒汉式单例 双重检查(Double Check)
public class Singleton {
    private Singleton() { }
    private static volatile Singleton instance;
    public static Singleton getInstance() {
        /*
            在多线程环境下，a线程先进入到外层if (instance == null)判断语句
            此时instance是nul，通过条件判断，界下来会拿到一个Singleton.class对象锁，然后进入同步代码块。
            假如此时b线程也进入到了外层if (instance == null)判断语句，此时instance也是nul，所以也通风判断语句。
            但是碰到了synchronized关键字，需要获得Singleton.class这把还有a线程占据的对象锁才能执行下面的代码。
            等a线程通过内层if语句。并执行完同步代码块之后，释放了锁对象后。
            b线程获得锁对象，进入到同步代码块，然后进行if判断，但此时instance已经不是null了，
            所以不会通过判断，从而去创建新的对象。

            后面的线程（x线程和d线程）如遇到getInstance()方法体，先进行外层的if语句判断，
            但是前面的a线程已经创建过对象，对instance初始化过来看，所以也就不会进入通过if判断语句。已经return了。

            这种双重检查方法，既保证了线程安全问题，又兼顾了性能。
         */
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3.2.4 静态内部类

既保证了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。

Singleton的类加载不会导致它的静态内部类SingletonHolder的类加载。只有当调用getInstance()静态方法的时候，会导致静态内部类SingletonHolder类加载。而jvm底层装载类的过程是线程安全的，不会有多个线程进入。

// 懒汉式单例 静态内部类
public class Singleton {

    private  Singleton() {}

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

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

3.2.5 枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void f() {
        System.out.println("ok !");
    }
}

4. 饿汉式和懒汉式区别

5. jdk中典型单例模式的原码分析

java.lang.Runtime单例模式使用的饿汉式。

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
    private Runtime() {}
    // ...
}

6. 单例模式注意事项