單例模式的細節有哪些

這篇文章主要介紹“單例模式的細節有哪些”，在日常操作中，相信很多人在單例模式的細節有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”單例模式的細節有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

從去年開始，Java程序員們換工作面試越來越難，不懂多線程，JVM，mysql，以及一些分布式的組件都不好意思出去面試。

也經常聽到身邊的同學說身邊誰面試題目很簡單，自己也會，但是真到自己的時候你能就一個知識點講的很透徹，并且能夠發散思考引出更多的答案嗎?

這道手寫一個單例模式的筆試題，應該很多程序員老鐵都碰到過，剛看到題目的時候可能很驚喜，覺得自己運氣真好，但是你真的能夠100%做好這道題嗎?

請手寫一個單例，要求線程安全。

首先給單例下一個定義：在當前進程中，通過單例模式創建的類有且只有一個實例。

單例有如下幾個特點：

• 在Java應用中，單例模式能保證在一個JVM中，該對象只有一個實例存在

• 構造器必須是私有的，外部類無法通過調用構造器方法創建該實例

• 沒有公開的set方法，外部類無法調用set方法創建該實例

• 提供一個公開的get方法獲取唯一的這個實例

那單例模式有什么好處呢?

某些類創建比較頻繁，對于一些大型的對象，這是一筆很大的系統開銷

省去了new操作符，降低了系統內存的使用頻率，減輕GC壓力

系統中某些類，如spring里的controller，控制著處理流程，如果該類可以創建多個的話，系統完全亂了

好了，單例模式的定義也清楚了，好處也了解了，先看一個餓漢式的寫法

public class Singleton {     private static Singleton instance = new Singleton();     /**      * 私有構造方法，防止被實例化      */     private Singleton(){}     /**      * 靜態get方法      */     public static Singleton getInstance(){         return instance;     } }

如果面試時提供的是這個答案，那丙丙建議你先回家埋頭苦讀兩個月再出來找工作了，你肯定說這個也太low了，一看就是線程不安全的，方法應該通過synchronized給鎖起來，同時創建前先校驗一下，改造后寫法如下：

public class Singleton {     private static Singleton instance = null;     /**      * 私有構造方法，防止被實例化      */     private Singleton(){}     /**      * 靜態get方法      */     public static synchronized Singleton getInstance(){         if(instance == null){             instance = new Singleton();         }         return instance;     } }

這是一種典型的時間換空間的寫法，不管三七二十一，每次創建實例時先鎖起來，再進行判斷，嚴重降低了系統的處理速度。

有沒有更好的處理方式呢?

有，通過雙檢鎖做兩次判斷，代碼如下：

public class Singleton {     private static Singleton instance = null;     private Singleton(){}     public static Singleton getInstance(){         //先檢查實例是否存在，如果不存在才進入下面的同步塊         if(instance == null){             //同步塊，線程安全的創建實例             synchronized (Singleton.class) {                 //再次檢查實例是否存在，如果不存在才真正的創建實例                 if(instance == null){                     instance = new Singleton();                 }             }         }         return instance;     } }

將synchronized關鍵字加在了內部，也就是說當調用的時候是不需要加鎖的，只有在instance為null，并創建對象的時候才需要加鎖，性能有一定的提升。

但是，這樣就沒有問題了嗎?

看下面的情況：在Java指令中創建對象和賦值操作是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。

但是JVM并不保證這兩個操作的先后順序，也就是說有可能JVM會為新的Singleton實例分配空間，然后直接賦值給instance成員，然后再去初始化這個Singleton實例。

這樣就可能出錯了，我們以A、B兩個線程為例：

• A、B線程同時進入了第一個if判斷

• A首先進入synchronized塊，由于instance為null，所以它執行instance = new Singleton();

• 由于JVM內部的優化機制，JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白內存，并賦值給instance成員(注意此時JVM沒有開始初始化這個實例)，然后A離開了synchronized塊。

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• B進入synchronized塊，由于instance此時不是null，因此它馬上離開了synchronized塊并將結果返回給調用該方法的程序。

• 此時B線程打算使用Singleton實例，卻發現它沒有被初始化，于是錯誤發生了。

加上volatile修飾Singleton，再做一次優化：

public class Singleton {     private volatile static Singleton instance = null;     private Singleton(){}     public static Singleton getInstance(){         //先檢查實例是否存在，如果不存在才進入下面的同步塊         if(instance == null){             //同步塊，線程安全的創建實例             synchronized (Singleton.class) {                 //再次檢查實例是否存在，如果不存在才真正的創建實例                 if(instance == null){                     instance = new Singleton();                 }             }         }         return instance;     } }

**通過volatile修飾的變量，不會被線程本地緩存，所有線程對該對象的讀寫都會第一時間同步到主內存，從而保證多個線程間該對象的準確性 **

volatile的作用

防止指令重排序，因為instance = new Singleton()不是原子操作

保證內存可見

這個是比較完美的寫法了，這種方式能夠安全的創建唯一的一個實例，又不會對性能有太大的影響。

但是由于volatile關鍵字可能會屏蔽掉虛擬機中一些必要的代碼優化，所以運行效率并不是很高，還有更優的寫法嗎?

通過靜態內部類

public class Singleton {          /* 私有構造方法，防止被實例化 */       private Singleton() {       }          /* 此處使用一個內部類來維護單例 */       private static class SingletonFactory {           private static Singleton instance = new Singleton();       }          /* 獲取實例 */       public static Singleton getInstance() {           return SingletonFactory.instance;       }          /* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前后保持一致 */       public Object readResolve() {           return getInstance();       }   }

使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制能夠保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。

這樣當我們第一次調用getInstance的時候，JVM能夠幫我們保證instance只被創建一次，并且會保證把賦值給instance的內存初始化完畢，  這樣我們就不用擔心上面的問題。

同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式。

還有更完美的寫法嗎,通過枚舉：

public enum Singleton {     /**      * 定義一個枚舉的元素，它就代表了Singleton的一個實例。      */     Instance; }

使用枚舉來實現單實例控制會更加簡潔，而且JVM從根本上提供保障，絕對防止多次實例化，是更簡潔、高效、安全的實現單例的方式。

到此，關于“單例模式的細節有哪些”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！