浅谈单例模式

单例模式

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大家好，又见面了，今天继续我们的设计模式之旅，今天的设计模式呢，如标题所示，那就是单例模式。

在我们之前介绍的设计模式中，为了展示这个设计模式的巨大作用，我创建了很多的类来让设计模式工作，而今天的单例模式，告诉大家一个好消息，它只有一个类，听到这里，也许有些人就开始激动了，只有一个类，那么简单的吗，快开始吧。淡定，虽然这个设计模式只有一个类，但是其实他并不是那么容易。

首先我们来看一下单例模式的定义：

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

在平时开发中，有的对象我们可能只需要一个，比如线程池，缓存或者日志对象，利用单例模式，我们可以确保一个类只有一个实例，而且可以通过一个方法得到这个唯一的实例。

那么如何实现呢？

众所周知，在Java中我们可以通过new关键字创建一个对象，多次使用new就会创建多个对象，而反应在类中，就是我们每次都会调用类的构造方法。那么，为了让一个类只能有一个实例，如何让多次使用new就会创建多个对象这种行为不再发生呢？

首先我们来看一下经典的单例模式：

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }

        return singleton;
    }

}

我们可以看到，Singleton这个类与一般的类最大的不同，就是他的构造方法被我们声明成了一个私有方法，这意味着我们在类的外部无法再通过new操作符执行这个类的构造方法，也就是无法再实例化这个类，那我们去哪里实例化呢，没错，我们在这个类的内部实例化这个对象，可以看到，在类中的getInstance方法中，我们判断了静态变量singleton是否为null，如果为null，则调用构造方法实例化Singleton这个对象，否则，直接返回sington，由于这个singleton只可能在if语句块中被赋值，这就保证了任何情况下都只会有一个singleton出现在上下文中，是吗?

我们来考虑一下，如果有多个线程在执行这段代码，会出现什么样的情形呢？

线程A执行到 if (singleton == null)，此时singleton还没有实例化，于是线程A进入了singleton的实例化阶段，但是在他还没实例化对象的时候，CPU调度将线程A挂起，线程B开始执行，此时由于singleton还没有被实例化，所以if语句块线程B也进入了，然后它将singleton实例化并返回，然后线程A继续执行，从之前被挂起的地方开始执行，也实例化了一个singleton，然后返回，此时，我们就会发现在环境中出现了两个singleton实例，这是单例模式所不想看到的情况。

鉴于经典的单例模式有如此的问题，我们必须着手构建一个工作正常的单例模式，事实上，我们有几种比较简单的方式可以帮助我们实现目的。

1. 使用同步方法。

最简单的方法，我们可以在getInstance这个方法上加上关键字“synchronized”,如下：

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }

        return singleton;
    }

}

通过添加同步，我们可以避免同时有多个个线程访问该方法，也就可以确保singleton只会被实例化一次。

2. 立即创建实例

我们发现在多线程的情形下，bug出现在我们实例化对象时，如果我们并不在我们需要时实例化而是在一开始就实例化呢？

这就引入了单例模式的两种实例化对象的方式，一种是lazy，我们可以叫他为饱汉模式，还有一直是eager，我们叫他为饿汉模式，事实上，我们的经典的单例模式的实现就是饱汉模式，他意味着，只有当我们主动调用getInstance方法时，对象才会被实例化。

对于另一种饿汉模式，代码如下：

public class Singleton {

    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){

        return singleton;
    }

}

我们可以发现，在创建对象引用时我们直接实例化了该对象，而在getInstance方法中我们直接返回了该对象，而且不需要再考虑同步，整体代码显得比饱汉模式更加简洁，那么有同学就会问了，为什么我们不默认使用饿汉模式呢，又简单又省事。

这就涉及到创建对象的成本问题，如果我们始终使用饿汉模式，那么如果要实例化对象的成本很高并且在后面的代码中又没有使用，那么这部分的性能开销就显得很多余，在大部分情况下，我们还是应该秉承着需要时再实例化的思想。