设计模式—创建型模式之单例模式

介绍

单例模式说明：一个单一的类，负责创建自己的对象，同时确保系统中只有单个对象被创建。

单例模式特点：

1. 某个类只能有一个实例；（构造器私有）
2. 它必须自行创建这个实例；（自己编写实例化逻辑）
3. 它必须自行向整个系统提供这个实例；（对外提供实例化方法）

单例模式图示如下：

饿汉式

饿汉式，比较简单，代码如下：

public class SingletonObject {
    private final static SingletonObject obj = new SingletonObject();
    private SingletonObject() {
        System.out.println("创建了单例对象");
    }
    public static SingletonObject getInstance() {
        return obj;
    }
}

懒汉式—效率低下实现方式1（线程安全）

获取实例的方法是static的，我们可以给整个方法加一个锁，这样锁的对象是整个类，可以保证线程安全：

代码实现如下：

public class SingletonObject {
	//懒汉式
	private static SingletonObject obj;
	//保证构造器私有，外部不能实例化
	private SingletonObject() {
		System.out.println("创建了单例对象");
	}
	//这种锁粒度太大，导致效率低
	public static synchronized SingletonObject getInstance() {
		//懒汉式，如果没有再去创建
		if(obj == null) {
			obj = new SingletonObject();
		}
		return obj;
	}
}

懒汉式—效率低下实现方式2（线程安全）

我们可以不给整个方法加锁，可以给如下代码块加锁，但是这样的方式效率还是低；

public class SingletonObject {
	//懒汉式
	private static SingletonObject obj;
	//保证构造器私有，外部不能实例化
	private SingletonObject() {
		System.out.println("创建了单例对象");
	}
	//但是这样锁粒度还是太大，进入到方法里边再加锁，这样效率还低
	public static SingletonObject getInstance() {
		synchronized(SingletonObject.class) {
			//懒汉式，如果没有再去创建
			if(obj == null) {
				obj = new SingletonObject();
			}
		}
		return obj;
	}
}

懒汉式—线程不安全

我们能否在创建时再加锁呢，于是有了如下的代码：

public class SingletonObject {
	//懒汉式
	private static SingletonObject obj;
	//保证构造器私有，外部不能实例化
	private SingletonObject() {
		System.out.println("创建了单例对象");
	}
	//线程不安全
	public static SingletonObject getInstance() {
		//懒汉式，如果没有再去创建
		if(obj == null) {
			synchronized(SingletonObject.class) {
				obj = new SingletonObject();
			}
		}
		return obj;
	}
}

这样的方式是线程不安全的，比如：

1. 有两个线程，线程1和线程2都进入到方法中，判断到obj为null；
2. 假如线程1先获取到锁，为obj赋值完成，然后方法运行结束，返回obj；
3. 然后线程2获取到锁，又把obj赋值一次；此时两次返回的就不是同一个对象了。

懒汉式—双重检查锁

下面的懒汉式设计模式，用了双重检查锁；

public class SingletonObject {
    //懒汉式,线程可见性
    private volatile static SingletonObject obj;
    //首先保证构造器私有，外部不能实例化

    private SingletonObject() {
        System.out.println("创建了单例对象");
    }
    /**
     * 双重检查锁 + 内存可见性volatile
     */
    public static SingletonObject getInstance() {
        //懒汉式，如果没有再去创建
        if (obj == null) {
            synchronized (SingletonObject.class) {
                if(obj == null){
                    obj = new SingletonObject();
                }
            }
        }
        return obj;
    }
}

方法getInstance()中，如果单例对象为空，才会把方法块加锁，获取到锁的线程创建对象完成并赋值成功，且obj保证了线程可见性，其他线程便可以感知到obj不为null，就不会再创建赋值了。