设计模式——单例模式（1）

一、写在前面

• 设计模式有23种，每一篇是一种模式，从简单到难，第一篇从最简单的单例模式试试水
• 创建型模式
  • 单例模式
  • 工厂方法模式
  • 抽象工厂模式
  • 原型模式
  • 建造者模式
• 结构型模式
• 行为型模式

二、介绍

• 单例模式是指一个类只能创建出一个对象，比如数据库连接池、日志记录。在开发中用到的很多
• 单例设计模式分类成两种：
  • 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
  • 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建
• 在使用单例模式时，要明确或注意以下几点
  • （1）将构造方法写成私有的，防止外部调用构造方法
  • （2）应该在类的属性中修饰成static，我一开始觉得这只是为了确保实例能通过类名在全局访问，但是在研究了Java虚拟机之后，其实这么做最核心的原因是：static变量会随着类被初次访问而初始化，并且在整个程序的生命周期中，这个对象不会被动销毁。这对于单例模式来说至关重要，因为它保证了单例对象在程序运行期间的唯一性和持久性。

三、饿汉式

1、饿汉式一

/**
* 饿汉式
* 静态变量创建类的对象
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance = new Singleton();
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}

• 该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。
• instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。
• 还有一种方法是在static块中new，但是根据JVM类加载器的执行顺序，本质上效果并没有区别，就不放代码了~

2、饿汉式二（枚举，比较直观就不解释了）

public enum Singleton {
INSTANCE;
}

四、懒汉式

• 在使用懒汉式创建时，需要提供一个getInstance接口（public），需要使用这个类的对象时，对其进行调用

1、懒汉式一（线程不安全）

public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

• 为什么线程不安全呢？
  • 如果有两个线程A和B同时调用这个方法，A和B同时发现instance为null，就会都new一个对象，造成的结果就是最终有两个对象，违反了单例模式

2、懒汉式2（双重检查锁，单例模式的最优解！）

public class Singleton {//私有构造方法private Singleton() {}private static volatile Singleton instance;//对外提供静态方法获取该对象public static Singleton getInstance() {//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实际if(instance == null) {synchronized (Singleton.class) {//抢到锁之后再次判断是否为空if(instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

• 此方法使用的是饿汉式，所以不存在内存浪费的问题
• 首先，我们假设有A、B两个线程。进入getInstance方法后，需要判断是否创建对象，如果没有创建，我们假设A和B同时进入。
• 然后，我们用字节码文件做锁对象，A和B只有一个线程能拿到锁（假设A先拿到了），另一个（B）在自旋等待。
• 接着，A进入之后发现单例对象为null，会正常new一个对象出来，然后释放锁
• 接下来，B因为此时在自旋等待，当A释放锁之后，B进入了，但单例对象此时已经不为null了，就不会执行new
• 最后，两个线程也只会创建一个单例对象，并且没有空间浪费的问题
• "volatile"是一个关键字，用于确保多线程环境下的变量可见性和禁止指令重排序优化。当一个变量被声明为volatile时，它意味着：
  • 可见性：当一个线程修改了一个volatile变量的值，新值对其他线程是立即可见的。这确保了线程之间共享变量的状态始终是最新的。
  • 禁止指令重排序：volatile关键字可以禁止JVM的指令重排序优化，从而确保程序执行的顺序性。