单例模式

1.什么是单例模式?

  普天之下,为我独尊,一个国家只能有一个皇帝,一个类只产生一个对象。

2.那么单例模式该如何实现呢?

  构造函数私有→其他类不能通过new关键字创建对象
  final关键字→保证对象引用的唯一性
  static关键字→由类本身可以创建对象

3.单例模式的创建(七种)

1)懒汉模式(线程不安全)

public class Singleton{
   private static Singleton instance;
   private Singleton(){}
   public static Singleton getInstance(){
      if(instance == null){
         instance = new Singleton();
      }
      return instance;
   } 
}

2)懒汉模式(加锁)

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

3)饿汉模式(线程安全)

public class Singleton{
   private static Singleton instance = new Singleton();
   private Singleton(){}
   public static Singleton getInstance(){
      return instance;
   } 
}

4)饿汉变种

public class Singleton{
   private static Singleton instance = null;
   static{
      instance = new Singleton();
   }
   private Singleton(){}
   public static Singleton getInstance(){
      return this.instance;
   } 
}

和第三种差不多
5)静态内部类

public class Singleton{
   private static class SingletonHolder{
      private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
   }
   private Singleton(){}
   public static final Singleton getInstance(){
      return SingletonHolder.INSTANCE;
   } 
}

  这种方式利用了ClassLoder的机制来保证初始化实例时只有一个线程,它和第三种和第四种不同的是(细微的差别):第三种和第四种只要Singleton类被装载了,那么instance就会被实例化,而这种方式是Singleton被装载了,但instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用,只有显式通过调用getInstance方法时,才会装载SingletonHolder类,从而实例化。
6)枚举类

public enum Singleton{
   INSTANCE;
   public void whateverMethod(){
   }
}

  他不仅能避免多线程问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
  
7)双重校验锁

public class Singleton{
   private volatile static Singleton singleton;
   private Singleton(){}
   public static Singleton getSingleton(){
      if(singleton == null){
         synchronized(Singleton.class){
            if(singleton == null){
               singleton = new Singleton();
            }
         }
      }
      return singleton;
   }
}

  双重校验锁机制是说:并不是每次进入getInstance方法都需要同步,而是先不同步,进入方法过后,先检查实例是否存在,如果不存在才进入下面的同步块,这是第一层检查。进入同步块后,再次检查实例是否存在,如果不存在,就在同步的情况下创建一个实例 ,这是第二层检查。这样就只需要同步一次,从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。

4.关于单例模式的几个问题

1)饿汉模式先出现,为什么后来又有了懒汉模式?
  答:饿汉模式是在类加载时就初始化了,而懒汉模式是在需要的时候才会被初始化。
2)懒汉模式因为不是原子性操作,所以线程不安全。
3)双重校验锁中volatile关键字的作用?
  答:可见性、可屏蔽性(禁止指令重排序)
  a.可见性:当一条线程修改了这个变量的值,新值对其他线程是立即可知的。但并不是在并发下就是安全的,volatile在各个线程的工作内存中不存在一致性问题,但java运算并非原子操作,所以在并发下一样时不安全的。例如:i++,编译为字节码指令后,不一定是一条字节码,底层还有汇编等,所以不是原子性操作。
    原理:volatile修饰的变量赋值后,会多执行一个“lock addl $0x0,(%esp)”操作,这条指令是把EJP容器的值为0,显然这是一个空操作,lock前缀的作用是使本CPU的Cache写入了内存,相当于对Cache中的变量做了一次"store和write"操作,将此变量同步到主内存中
  b.可屏蔽性:也就是内存屏障。
    例子:

int a1=1;
int a2=2;
volatile int a3=3;
int a4=4;

当没有volatile时,第四条语句可能会先于第三条语句执行,但加上volatile,在第三条语句还未执行完毕,第四条语句不会执行。
4)枚举类的问题
  枚举类单例的保证:枚举的构造方法是私有的,我们在访问枚举类实例时会执行构造方法,同时每一个枚举类实例都是static final类型的,也就表明只能被实例化一次。
  实现不被反序列化:在序列化的时候,java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中,反序列化的时候则是通过java.lang.Eunm的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时编译器是不允许任何对这种序列化进制的定制的,因此禁用了writeObject、readObject等方法。

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