什么是設(shè)計(jì)模式？

百科：

設(shè)計(jì)模式是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過分類編目的、代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

設(shè)計(jì)模式是軟件行業(yè)的通用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在Java同樣通用，主要有23種設(shè)計(jì)模式如下：

有的小伙伴可能會問，這么多，學(xué)得完嗎？

答：不好意思，不要太自信了，一般人還真學(xué)不完，不過一些常用的設(shè)計(jì)模式，例如上圖中標(biāo)紅的單例模式、工廠模式、代理模式等設(shè)計(jì)模式，還是需要花些時(shí)間和精力去多多了解一下，相信會對自己在程序設(shè)計(jì)或?qū)懘a時(shí)有很大的幫助。

本文主要來聊一聊設(shè)計(jì)模式中創(chuàng)建型的單例模式，進(jìn)入正文~

單例模式是什么？

學(xué)習(xí)Java的小伙伴，相信都寫過Class類吧，創(chuàng)建某個(gè)類實(shí)例化對象的核心是new MyClass()來實(shí)現(xiàn)，如果沒有任何設(shè)計(jì)規(guī)范，在日常開發(fā)寫代碼時(shí)，如果實(shí)例被用的地方很多，每次調(diào)用的時(shí)候都通過new MyClass()得到實(shí)例化對象，代碼重復(fù)而且頻繁的創(chuàng)建對象還影響性能，而有些場景我們只需要提供該類的一個(gè)實(shí)例即可，例如平時(shí)比較常見的線程池、日志對象、緩存等，一般只需要確保有一個(gè)實(shí)例即可，這種確保某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且能夠類自身提供自動(dòng)創(chuàng)建實(shí)例化對象的設(shè)計(jì)模式即稱為單例模式。

單例模式設(shè)計(jì)的原則是什么？

• 構(gòu)造方法私有化：既然是單例，就不能將類的構(gòu)造函數(shù)暴露在外面，因此需要重寫構(gòu)造函數(shù)為私有化；
• 要考慮線程安全：多線程環(huán)境下，要確保不會構(gòu)造出多個(gè)實(shí)例對象。

Java實(shí)現(xiàn)單例模式的5種方式？

關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)單例模式的有幾種方式，網(wǎng)上有很多說法，有5種、6種甚至7種實(shí)現(xiàn)方式，本文出于單例模式設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要原則構(gòu)造方法私有化和要考慮線程安全，不考慮線程安全的其他實(shí)現(xiàn)方式?jīng)]有任何意義，主要有5種實(shí)現(xiàn)方式：

懶漢

使用懶漢式寫法，主要是通過synchronized修飾實(shí)例化方法getInstance，保證了線程安全，并且只有調(diào)用getInstance時(shí)才初始化，顧此得名懶漢。

懶漢寫法1：

/**
 * 單例模式之懶漢寫法1
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public synchronized static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

懶漢寫法2：

該寫法等價(jià)于寫法1，原因在于關(guān)鍵字synchronized的靈活運(yùn)用，放在方法上修飾，加鎖的對象是Singleton，等效于將synchronized移到方法內(nèi)部作為一個(gè)同步塊，并通過括號中的Singleton.class顯示指定鎖對象，效果是一樣的。

/**
 * 單例模式之懶漢寫法2
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        synchronized(Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

餓漢

餓漢寫法，只需要定義一個(gè)static靜態(tài)變量instance = new Singleton()，簡單的理解為在類加載時(shí)，也會完成單例對象的實(shí)例化工作。

/**
 * 單例模式之餓漢
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

細(xì)心的小伙伴會發(fā)現(xiàn)該過程并沒有使用到synchronized關(guān)鍵字，那會不會線程不安全呢？答案是，不會，如果你大概了解過Java虛擬機(jī)即JVM(Java Virtual Machine)，那你可能知道類加載過程為：加載 -> 驗(yàn)證 ->解析 ->初始化，而初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法的過程，<clinit>()方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)語句塊中的語句合成產(chǎn)生的。

《深入理解Java虛擬機(jī)》類加載機(jī)制章節(jié)部分說明：

虛擬機(jī)會保證一個(gè)類的<clinit>()方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖、同步，如果多個(gè)線程同時(shí)如初始化一個(gè)類，那么只會有一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)類的<clinit>()方法，其他線程都需要阻塞等待，知道活動(dòng)線程執(zhí)行<clinit>()方法完畢。

靜態(tài)內(nèi)部類

靜態(tài)內(nèi)部類這種方式，其實(shí)就是在類的內(nèi)部創(chuàng)建一個(gè)static SingletonInner靜態(tài)內(nèi)部類，然后在靜態(tài)內(nèi)部類的內(nèi)部再定義一個(gè)static final修飾的靜態(tài)常量INSTANCE = new Singleton()，同樣static修飾的SingletonInner靜態(tài)內(nèi)部類，會在JVM加載類時(shí)完成類的初始化并完成自己定義的靜態(tài)常量單例實(shí)例化過程。

/**
 * 單例模式之靜態(tài)內(nèi)部類
 */
public class Singleton {
    private static class SingletonInner{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInner.INSTANCE;
    }
}

雙重校驗(yàn)鎖DCL(Double Check Lock)

DCL寫法，其實(shí)與單例模式之懶漢寫法2區(qū)別在于，synchronized同步塊外面再套一層判斷，并且使用了能確保線程安全核心volatile關(guān)鍵字修飾instance，表明單例變量是內(nèi)存共享的，能夠保證在多線程環(huán)境下的即時(shí)可見性。

/**
 * 單例模式之雙重校驗(yàn)鎖DCL
 */
public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if ( instance  == null ){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance  == null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

枚舉(num)

枚舉方式很容易被大家給忽略掉了，但這種方式我覺得是最簡單且又友好的一種推薦創(chuàng)建單例的方式，通過enum修飾Singleton單例類，僅需定義一個(gè)INSTANCE，然后在靜態(tài)方法實(shí)例化方法getInstance中直接返回INSTANCE即可。

/**
 * 單例模式之枚舉
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

總結(jié)

設(shè)計(jì)模式之單例模式，看似挺簡單，其實(shí)還涉及了枚舉enum、同步鎖synchronized、JVM類加載機(jī)制、多線程volatile關(guān)鍵字的使用等Java的N個(gè)知識點(diǎn)。

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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