一文带你修炼地狱级【单例模式】内外功，吊打BAT面试官

2023-12-15 13:05:03

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原文地址：文章来源于Java中文社群公众号：单例模式，真不简单

前言

单例模式无论在我们面试，还是日常工作中，都会面对的问题。但很多单例模式的细节，值得我们深入探索一下。

1 什么是单例模式

单例模式是一种非常常用的软件设计模式，它定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。
该类负责创建自己的对象，同时确保只有一个对象被创建。一般常用在工具类的实现或创建对象需要消耗资源的业务场景。

单例模式的特点：

类构造器私有
持有自己类的引用
对外提供获取实例的静态方法

我们先用一个简单示例了解一下单例模式的用法。

public class SimpleSingleton {
    //持有自己类的引用
    private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton();

    //私有的构造方法
    private SimpleSingleton() {
    }
    //对外提供获取实例的静态方法
    public static SimpleSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SimpleSingleton.getInstance().hashCode());
        System.out.println(SimpleSingleton.getInstance().hashCode());
    }
}

打印结果：

1639705018
1639705018

我们看到两次获取SimpleSingleton实例的hashCode是一样的，说明两次调用获取到的是同一个对象。

可能很多朋友平时工作当中都是这么用的，但我要说这段代码是有问题的，你会相信吗？

不信，我们一起往下看。

2 饿汉和懒汉模式

在介绍单例模式的时候，必须要先介绍它的两种非常著名的实现方式：饿汉模式和懒汉模式。

2.1 饿汉模式

实例在初始化的时候就已经建好了，不管你有没有用到，先建好了再说。具体代码如下：

public class SimpleSingleton {
    //持有自己类的引用
    private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton();

    //私有的构造方法
    private SimpleSingleton() {
    }
    //对外提供获取实例的静态方法
    public static SimpleSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

饿汉模式，其实还有一个变种：

public class SimpleSingleton {
    //持有自己类的引用
    private static final SimpleSingleton INSTANCE;
    static {
       INSTANCE = new SimpleSingleton();
    }

    //私有的构造方法
    private SimpleSingleton() {
    }
    //对外提供获取实例的静态方法
    public static SimpleSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

使用静态代码块的方式实例化INSTANCE对象。

使用饿汉模式的好处是：没有线程安全的问题，但带来的坏处也很明显。

private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton();

一开始就实例化对象了，如果实例化过程非常耗时，并且最后这个对象没有被使用，不是白白造成资源浪费吗？

这个时候你也许会想到，不用提前实例化对象，在真正使用的时候再实例化不就可以了？

这就是我接下来要介绍的：懒汉模式。

2.2 懒汉模式

顾名思义就是实例在用到的时候才去创建，“比较懒”，用的时候才去检查有没有实例，如果有则返回，没有则新建。具体代码如下：

public class SimpleSingleton2 {

    private static SimpleSingleton2 INSTANCE;

    private SimpleSingleton2() {
    }

    public static SimpleSingleton2 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new SimpleSingleton2();
        }
        return INSTANCE;
    }
}

示例中的INSTANCE对象一开始是空的，在调用getInstance方法才会真正实例化。

但这段代码还是有问题。

2.3 synchronized关键字

上面的代码有什么问题？

假如有多个线程中都调用了getInstance方法，那么都走到 if (INSTANCE == null) 判断时，可能同时成立，因为INSTANCE初始化时默认值是null。这样会导致多个线程中同时创建INSTANCE对象，即INSTANCE对象被创建了多次，违背了只创建一个INSTANCE对象的初衷。

那么，要如何改进呢？

答：最简单的办法就是使用synchronized关键字。

改进后的代码如下：

public class SimpleSingleton3 {
    private static SimpleSingleton3 INSTANCE;

    private SimpleSingleton3() {
    }

    public synchronized static SimpleSingleton3 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new SimpleSingleton3();
        }
        return INSTANCE;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SimpleSingleton3.getInstance().hashCode());
        System.out.println(SimpleSingleton3.getInstance().hashCode());
    }
}

在getInstance方法上加synchronized关键字，保证在并发的情况下，只有一个线程能创建INSTANCE对象的实例。

这样总可以了吧？

答：不好意思，还是有问题。

有什么问题？

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