單例模式你真的會了嗎(上篇)？

單例模式相信是很多程式設計師接觸最多的了，也是面試過程中考察最頻繁的一個了，不知道你有沒有被問過這道面試題？歡迎留言討論。

今天我們來重點討論一下單例的幾個問題，及如何正確的實現一個單例，然後你再來回顧一下，你之前的回答或者使用方式是否正確。

為何要使用單例

單例非常簡單，一個類只允許創建一個對象或者實例，這個類就是一個單例類。這種設計模式就叫做單例設計模式，是創建型的第一種設計模式，簡稱單例模式。

單例模式什麼時候使用呢？又或者說這種情況下為什麼要使用單例？

  1. 解決資源衝突問題
    比如說，我們現在的java處理程式中是使用印表機，而我們的服務端程式是多執行緒的，但是印表機只有一個，不能重複創建印表機資源啊。當然我們也可以定義普通類，在調用列印添加synchronized關鍵字。

  2. 全局唯一類
    有時候，我們做業務設計時，有些數據在系統中只應該保留一份，這時候就應該設計為單例。
    比如配置資訊類，系統的配置文件應該只有一份，載入到記憶體之後以對象的形式存在，理所應當只有一份。
    再比如說，我們設計一個抽獎系統，每點擊一次生成一個抽獎序號，可以設計一個單例，內部存儲好所有的序號，每次隨機取出一個序號。如果使用普通類對象的話，那就需要通過共享記憶體共享所有抽獎序號。

    單例應該怎麼寫？

    學習任何東西，因為大腦的容量是有限的，首先我們要理解概念，知道為什麼，來後追求怎麼做，怎麼實現，做的過程可能很複雜，比如有一二三四五步驟，但我們要化繁為簡，概括精簡。

單例需要考慮以下幾個問題：

  • 構造函數要是private的，這樣才能避免外部通過new創建實例嘛，不然怎麼叫單例，別人可以隨便通過new來創建啊。
  • 多執行緒創建時是否有執行緒安全問題。
  • 支援延遲載入嗎？
  • getInstance()性能高嗎？

單例典型實現方式

餓漢式

通過這種形容方式，可以直觀的理解一下，餓漢一直擔心自己吃不飽，所以先吃了再說，也就是說實例是事先初始化好的，也就沒有辦法延遲載入了。
不支援懶載入，有人就說這種方式不好，說我都沒有使用單例，你都給我載入了，浪費啊。但是有壞處也有好處，提前把類載入進來，提前暴露問題，這樣如果類的設計有問題，在程式啟動時就會報錯，而不是等到程式運行中才暴露出來。

public class SingleTon {      private static final SingleTon instance = new SingleTon();        private SingleTon() {}        public static SingleTon getInstance() {          return instance;      }        public void method() {}  }

懶漢式

所謂懶漢式，那就是支援延遲載入嘍。總體思路類似，但在類內部並不是默認就把instance實例化好。

public class SingleTon {      private static SingleTon instance;        private SingleTon() {}        public static synchronized SingleTon getInstance() {          if (instance == null) {              instance = new SingleTon();          }          return instance;      }        public void method() {}  }

為什麼要加synchronized呢？如果是多執行緒同時調用getInstance()，會有並發問題啊，多個執行緒可能同時拿到instance == null的判斷，這樣就會重複實例化，單例就不是單例。所以為了解決多執行緒並發的問題，這裡犧牲了性能，變成了嚴格的串列制。多執行緒下性能很低。

雙重檢測懶漢式

餓漢方式不支援延遲載入。
懶漢方式，多執行緒下性能低下，那怎麼修改呢，就是改進的懶漢方式，又叫雙重檢測。
具體怎麼做呢？

public class SingleTon {      private static volatile SingleTon instance;        private SingleTon() {}        public static SingleTon getInstance() {          if (instance == null) {              synchronized (SingleTon.class) {                  if (instance == null) {                      instance = new SingleTon();                  }              }          }          return instance;      }        public void method() {}  }

這個類里的volatile十分關鍵，如果沒有volatile關鍵字修飾instance變數，如果執行緒1執行到instance = new SingleTon();的時候，執行緒2此時判斷instance已經不等於null了，會直接返回instance，但此時instance並未初始化完畢，為什麼這麼說呢？因為對象的初始化分為三步：

  • 分配記憶體
  • 記憶體初始化
  • 對象指向新分配的記憶體地址

既然是分為三步，那就不是原子操作，而且可能會發生指令重排，也就是說可能先執行第三步，這時候其他執行緒判斷instance也就不是null了。加上volatile關鍵字，可以禁止機器指令重排，就不會有這個問題了。

靜態內部類

這種方式，避免雙重檢測，利用java靜態內部類，類似餓漢方式，又做到延遲載入。

public class SingleTon {        private SingleTon() {}        private static class SingleTonHolder {          private static final SingleTon instance = new SingleTon();      }        public static SingleTon getInstance() {          return SingleTonHolder.instance;      }        public void method() {}  }

是不是覺得很簡潔？推薦大家使用這種方式，類SingleTon載入時，並不會載入SingleTonHolder類，只要調用getInstance方法時，SingleTonHolder才會被載入，並創建instance，這些都是由JVM來保證的。

枚舉方式

還有一種更簡單的，但是理解起來可能有點費解，枚舉的構造函數默認就是私有的。java的枚舉類型本身就保證了執行緒安全性和實例唯一性。
只需要簡單幾行，就可以使用枚舉單例INSTANCE的方法了。

public enum SingleTon {      INSTANCE;        public void method() {}  }

但是單例模式真的就好嗎？下面我們會討論一下為什麼不推薦單例模式？如何替代，以及如何做到集群下的分散式單例模式？

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