【设计模式】实现线程安全单例模式的五种方式

2023-11-08 09:54:10

饿汉式

饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建

// 问题1：为什么加 final
// 问题2：如果实现了序列化接口, 还要做什么来防止反序列化破坏单例
public final class Singleton_hungry implements Serializable {

    // 问题3：为什么设置为私有? 是否能防止反射创建新的实例?
    private Singleton_hungry(){}

    // 问题4：这样初始化是否能保证单例对象创建时的线程安全?
    private static Singleton_hungry INSTANCE = new Singleton_hungry();

    // 问题5：为什么提供静态方法而不是直接将 INSTANCE 设置为 public, 说出你知道的理由
    public static Singleton_hungry getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    public Object readResolve(){  // 防止反射创建新的实例?
        return INSTANCE;
    }
}

问题1：
避免子类覆盖父类的一些方法，导致线程不安全。
问题2：
实现 readResolve 方法。当从对象流 ObjectInputStream 中读取对象时，会检查对象的类否定义了 readResolve 方法。如果定义了，则调用它返回我们想指定的对象（这里就指定了返回单例对象）。
问题3：防止通过 new 创建对象实例。不能防止反射创建新的实例。
问题4：可以。静态变量初始化在类加载时进行，由 jvm 进行管理，可以保证线程安全。
问题5：通过方法，可以提高拓展性，改进饿汉式转化为懒汉式、利用泛型特性、增加对单例对象的控制操作。

枚举单例

enum Singleton { 
   INSTANCE; 
}

问题1：枚举单例是如何限制实例个数的
单例相当于枚举的静态成员变量，定义几个就有几个实例。
问题2：枚举单例在创建时是否有并发问题
单例相当于枚举的静态成员变量，类加载时初始化，由 jvm 进行管理，可以保证线程安全。
问题3：枚举单例能否被反射破坏单例
不能
问题4：枚举单例能否被反序列化破坏单例
枚举实现了 Serializable 接口，可是序列化，但不会被反序列破坏单例。
问题5：枚举单例属于懒汉式还是饿汉式
饿汉式
问题6：枚举单例如果希望加入一些单例创建时的初始化逻辑该如何做
枚举允许构造方法

懒汉式

public final class Singleton_lazy {
    private Singleton_lazy(){}
    private static Singleton_lazy INSTANCE = null;
    // 缺点
    public static synchronized Singleton_lazy getInstance() {
        if(INSTANCE != null) {
            return INSTANCE;
        }
        INSTANCE = new Singleton_lazy();
        return INSTANCE;
    }
}

synchronized 保证线程安全，但锁粒度较大，性能低。

DCL 懒汉式

public final class Singleton_DCL {

    private Singleton_DCL() {}

    // 问题1：解释为什么要加 volatile ?
    private static volatile Singleton_DCL INSTANCE= null;

    // 问题2：对比实现3, 说出这样做的意义
    public static Singleton_DCL getInstance() {
        if(INSTANCE != null) {
            return INSTANCE;
        }
        synchronized (Singleton_DCL.class) {
          
            // 问题3：为什么还要在这里加为空判断, 之前不是判断过了吗
            if(INSTANCE != null) {
                return INSTANCE;
            }
            INSTANCE = new Singleton_DCL();
            return INSTANCE;
        }
    }
}

问题1：避免指令重排序，导致赋值语句先于构造函数执行，得到一个未初始化完毕的对象。
问题2、3：Double Check Lock 机制。同步代码块外部的判断语句主要用于 INSTANCE 初始化并赋值之后，此时 INSTANCE != null，如果有多个线程尝试获取单例，可以提前返回，不用执行同步代码块。而同步代码块内部的判断主要用于第一次初始化时，INSTANCE = null，此时可以有多个线程尝试获取 INSTANCE，只能有一个线程进入同步代码块，其他线程在同步代码块外阻塞，该线程创建一个单例对象之后，唤醒其他线程，再进入同步代码块，发现 INSTANCE != null，则直接返回，不用重新创建单例对象，提高了效率。

静态内部类懒汉单例

public final class Singleton_LazyHolder {
    private Singleton_LazyHolder(){}

    // 问题1：属于懒汉式还是饿汉式
    private static class LazyHolder{
        static final Singleton_LazyHolder INSTANCE = new Singleton_LazyHolder();
    }

    // 问题2：在创建时是否有并发问题
    public static Singleton_LazyHolder getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
}

问题1：懒汉式。静态内部类只有在被方法调用的时候才进行初始化，类加载。
问题2：无，类加载由 jvm 进行，线程安全。

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