一文帶你摸清設計模式之單例模式！

本文將給大家介紹java中設計模式——單例模式；

單例模式：保證在⼀個JVM中，該物件只有⼀個範例存在；

適⽤場景：

1、某些類建立⽐較頻繁，對於⼀些⼤型的物件，這是⼀筆很⼤的系統開銷。

2、省去了new操作符，降低了系統記憶體的使⽤頻率，減輕GC壓⼒。

3、有些類如交易所的核⼼交易引擎，控制著交易流程，如果該類可以建立多個的話，系統完全亂了。（⽐如⼀個軍隊出現了多個司令員同時指揮，肯定會亂成⼀團），所以只有使⽤單例模式，才能保證核⼼交易伺服器獨⽴控制整個流程。

程式碼：

 1 public class Singleton{
 2      //持有私有靜態範例，防止被參照，賦值為null，目的就是實現延遲載入
 3     private static Singleton instance = null;
 4 
 5 
 6     //私有構造方法，防止被範例化。
 7   private Singleton(){
 8      }
 9    
10   //建立範例
11   public static Singleton getInstance()
12 {
13       if (instance=null){
14       instance=new Singleton();
15        
16 }
17 return  instance;
18 //如果該物件被⽤於序列化，可以保證物件在序列化前後保持⼀致
19    public Object readReaslove(){
20    return instance;
21 }
22 
23 }
24 }

分類：

1.餓漢式：類初始化時建立單例，執行緒安全，但佔用記憶體空間大，適⽤於佔記憶體⼩的場景，否則推薦使⽤懶漢式延遲載入；

   public class Singleton{

   private static Singleton instance = new Singleton();

//構造器私有， 外部就無法new這個物件，保證一個類中只有一個範例物件

private Singleton(){}

   public static Singleton newInstance(){
            return  instance;
}

}

2.懶漢式：需要單例範例的時候再建立，需要考慮執行緒安全(效能不太好)

懶漢式單例如何保證執行緒安全呢？

通過 synchronized 關鍵字加鎖保證執行緒安全， synchronized 可以新增在⽅法上⾯，也可以新增在程式碼塊上⾯，這⾥演示新增在⽅法上⾯，存在的問題是每⼀次調⽤ getInstance 獲取範例時都需要加鎖和釋放鎖，這樣是⾮常影響效能的。

 1 public class Singleton{
 2   private static Singleton instance = null;//定義一個靜態變數指向自己
 3   private Singleton(){}//私有化構造方法
 4   public static synchronized Singleton newInstance(){//加鎖,
 5       if (instance == null){
 6          instance = new Singleton();
 7 }
 8 }
 9     return instance;
10 
11 }

3.雙重檢驗鎖：假如兩個執行緒A、B，A執⾏了if (instance == null)語句，它會認為單例物件沒有建立，此時執行緒切到B也執⾏了同樣的語句，B也認為單例物件沒有建立，然後兩個執行緒依次執⾏同步程式碼塊，並分別建立了⼀個單例物件。

這⾥的雙重檢查是指兩次⾮空判斷，鎖指的是 synchronized 加鎖，為什麼要進⾏雙重判斷，其實很簡單，第⼀重判斷，如果範例已經存在，那麼就不再需要進⾏同步操作，⽽是直接返回這個範例，如果沒有建立，才會進⼊同步塊，同步塊的⽬的與之前相同，⽬的是為了防⽌有多個執行緒同時調⽤時，導致⽣成多個範例，有了同步塊，每次只能有⼀個執行緒調⽤存取同步塊內容，當第⼀個搶到鎖的調⽤獲取了範例之後，這個範例就會被建立，之後的所有調⽤都不會進⼊同步塊，直接在第⼀重判斷就返回了單例。

關於內部的第⼆重空判斷的作⽤，當多個執行緒⼀起到達鎖位置時，進⾏鎖競爭，其中⼀個執行緒獲取鎖，如果是第⼀次進⼊則為 null，會進⾏單例物件的建立，完成後釋放鎖，其他執行緒獲取鎖後就會被空判斷攔截，直接返回已建立的單例物件。其中最關鍵的⼀個點就是 volatile 關鍵字的使⽤，關於 volatile 的詳細介紹可以直接搜尋 volatile 關鍵字即可，有很多寫的⾮常好的⽂章，這⾥不做詳細介紹，簡單說明⼀下，雙重檢查鎖中使⽤ volatile 的兩個重要特性：可⻅性、禁⽌指令重排序

這⾥為什麼要使⽤ volatile ？

這是因為 new 關鍵字建立物件不是原⼦操作，建立⼀個物件會經歷下⾯的步驟：

1. 在堆記憶體開闢記憶體空間

2. 調⽤構造⽅法，初始化物件

3. 引⽤變數指向堆記憶體空間

程式碼：

 1 public class Singleton{
 2    private  static  volatile Singleton instance = null;
 3    private Singleton(){}
 4   public static Singleton getInstance(){
 5    if (instance == null)
 6   {     synchronized (Singleton.class){
 7            if (instance == null){
 8     instance = new Singleton();
 9 
10 }
11    }
12 }
13 return instance;
14 }

4.靜態內部類：可以同時保證延遲載入和執行緒安全。靜態內部類單例是如何實現懶載入的呢？（懶載入：使⽤的時候再建立物件）⾸先，我們先了解下類的載入時機。

虛擬機器器規範要求有且只有 5 種情況必須⽴即對類進⾏初始化（載入、驗證、準備需要在此之前開始）：

1. 遇到 new 、 getstatic 、 putstatic 、 invokestatic 這 4 條位元組碼指令時。⽣成這 4 條指令最常⻅的 Java 程式碼場景是：使⽤ new 關鍵字範例化物件的時候、讀取或設定⼀個類的靜態欄位（final 修飾除外，被final 修飾的靜態欄位是常數，已在編譯期把結果放⼊常數池）的時候，以及調⽤⼀個類的靜態⽅法的時候。

2. 使⽤ java.lang.reflect 包⽅法對類進⾏反射調⽤的時候。

3. 當初始化⼀個類的時候，如果發現其⽗類還沒有進⾏過初始化，則需要先觸發其⽗類的初始化。

4. 當虛擬機器器啟動時，⽤戶需要指定⼀個要執⾏的主類（包含 main()的那個類），虛擬機器器會先初始化這個主類。

5. 當使⽤ JDK 1.7 的動態語⾔⽀持時，如果⼀個java.lang.invoke.MethodHandle 範例最後的解析結果是REF_getStatic 、 REF_putStatic 、 REF_invokeStatic 的⽅法控制程式碼，則需要先觸發這個⽅法控制程式碼所對應的類的初始化。

這 5 種情況被稱為是類的主動引⽤，注意，這⾥《虛擬機器器規範》中使⽤的限定詞是 "有且僅有"，那麼，除此之外的所有引⽤類都不會對類進⾏初始化，稱為被動引⽤。靜態內部類就屬於被動引⽤的情況。當 getInstance()⽅法被調⽤時，InnerClass 才在 Singleton 的運⾏時常數池⾥，把符號引⽤替換為直接引⽤，這時靜態物件 INSTANCE 也真正被建立，然後再被 getInstance()⽅法返回出去，這點同餓漢模式。那麼 INSTANCE 在建立過程中⼜是如何保證執行緒安全的呢？在《深⼊理解 JAVA 虛擬機器器》中，有這麼⼀句話:虛擬機器器會保證⼀個類的 <clinit>() ⽅法在多執行緒環境中被正確地加鎖、同步，如果多個執行緒同時去初始化⼀個類，那麼只會有⼀個執行緒去執⾏這個類的 <clinit>() ⽅法，其他執行緒都需要阻塞等待，直到活動執行緒執⾏<clinit>() ⽅法完畢。如果在⼀個類的 <clinit>() ⽅法中有耗時很⻓的操

作，就可能造成多個程序阻塞(需要注意的是，其他執行緒雖然會被阻塞，但如果執⾏ <clinit>() ⽅法後，其他執行緒喚醒之後不會再次進⼊ <clinit>() ⽅法。同⼀個載入器下，⼀個型別只會初始化⼀次。)，在實際應⽤中，這種阻塞往往是很隱蔽的。

從上⾯的分析可以看出 INSTANCE 在建立過程中是執行緒安全的，所以說靜態內部類形式的單例可保證執行緒安全，也能保證單例的唯⼀性，同時也延遲了單例的範例化。

 1 public class Singleton{
 2     private Singleton(){}//私有化構造方法
 3     public  static Singleton getInstance(){//對外提供獲取範例的公共方法
 4       return InnerClass.Instance;}
 5      private static class InnerClass{//定義靜態內部類
 6         private final static Singleton Instance=new Singleton;
 7 
 8 }
 9 
10 }

5.列舉：

使⽤列舉除了執行緒安全和防⽌反射調⽤構造器之外，還提供了⾃動序列化機制，防⽌反序列化的時候建立新的物件。

1 public enum Singleton{
2  instance; 
3 public void whateverMethod(){} 
4 }