01-单例模式

Singleton

定义

• 保证一个类仅由一个实例，并提供全局访问点。

隶属于创建型设计模式

分类

• 懒汉模式：延迟加载，只有在使用时才开始初始化
  • 线程安全问题
  • double check 加锁优化
  • 编译器JIT、CPU有可能对指令进行重排，导致使用到尚未初始化的实例，可以通过关键字volatile进行修饰，防止指令重排序
• 饿汉模式： 初始化阶段就完成了实例的初始化，本质上是借助JVM类加载机制，保证实例的唯一性。
  • 类加载过程：类的生命周期分为（装载、连接、初始化、使用、卸载），在连接阶段（验证、准备、解析三个部分）中的准备阶段主要是为static修饰的成员变量分配内存，并设置初始值。final修饰的会直接赋值（而不是使用默认值0/null）。除了final修饰的成员变量会在第三阶段将静态变量赋值，执行顺序时父类静态域和静态代码块，然后就是子类静态域或者子类静态代码块，然后是静态属性。
  • 静态内部类实现

懒汉双检查示例代码

public class LazySingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }).start();
        new Thread(() -> {
            LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }).start();
    }
}
class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton instance; // volatile 禁止重排序
    private LazySingleton() {// 私有构造器
    }
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (LazySingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    // 字节码层面
                    // 1.在堆中创建一块地址，并返回地址的引用
                    // 2.invokespecial 对堆中地址进行初始化
                    // 3.赋值
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

饿汉模式实例代码

public class HungrySingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();
        HungrySingleton instance1 = HungrySingleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);
    }
}
class HungrySingleton {
    // 类加载机制
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {
    }
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

使用场景

• 想确保任何情况下绝对只有一个实例（数据库连接池）
• 可以把工厂类设计成单例模式
• 单例模式与享元模式
  优点：
• 在内存中只有一个实例，减少了内存开销。
• 可以避免对资源的多重占用
• 设置全局访问点，严格控制访问
  缺点：
• 没有接口扩展困难

重点

• 私有构造器
• 线程安全
• 延迟加载
• 序列化和反序列化安全
• 反射
• 枚举单例

1. 单例 Double Check
2. 静态内部类 基于类初始化的延迟加载解决方案