01 设计模式-单例模式

单例模式

饿汉式

package com.hxh;

public class Hungry {
    private static final Hungry HUNGRY = new Hungry();

    private Hungry() {
        System.out.println("创建");
    }

    public static Hungry getInstance() {
        return HUNGRY;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Hungry.getInstance());
            }).start();
        }
    }
}

注意事项：

1. 变量HUNGRY必须是：私有，静态，不可变；
2. 构造器私有；
3. 公开的getInstance方法，使外界可以获取变量。

懒汉式

package com.hxh;

public class LazyMan {
    private static LazyMan lazyMan;

    private LazyMan() {
        System.out.println("LazyMan被创建");
    }

    public static LazyMan getInstance() {
        if (lazyMan == null) {
            lazyMan = new LazyMan();
        }
        return lazyMan;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(LazyMan.getInstance());
        }
    }
    
}

输出如下，单线程下看起来毫无问题：

LazyMan被创建
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5
com.hxh.LazyMan@39a054a5

修改main函数，改为多线程

public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(LazyMan.getInstance());
        }).start();
    }
}

从上图可以看出，一共创建了4个对象，并不是单例的。

通过修改获取实例方法getInstance，给对象加锁解决上面的问题：

public static LazyMan getInstance() {
    if (lazyMan == null) {
        synchronized (LazyMan.class) {
            if (lazyMan == null) {
                lazyMan = new LazyMan();
            }
        }
    }
    return lazyMan;
}

输出如下：

LazyMan被创建
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec
com.hxh.LazyMan@33ca79ec

现在看起来好像并没有什么问题。但是lazyMan = new LazyMan();这并不是一个原子性操作，极端情况下可能会发生指令重排，那么什么是指令重排呢？

指令重排：

1. JVM创建对象分为三步：
   1. 分配内存空间
   2. 执行构造方法、创建实例
   3. 将内存与实例关联
2. 问题就出现在上面的步骤中，我们所预期的步骤是123，而编译器有时为了优化性能，会选择其他的顺序执行上面的步骤。在单线程下没有影响，而多线程时就会出现问题，如：
   1. 线程a执行步骤为132；
   2. 线程b执行步骤为123；
   3. 在线程a执行到3时，b线程开始执行，发现对象不为空之后就开始执行下面的语句，可能就会出现异常，因为a线程还未将对象初始化成功。

解决办法也很简单，为lazyMan对象添加volatitle关键字，保证不会出现指令重排

完整代码如下：

package com.hxh;

public class LazyMan {
    private volatile static LazyMan lazyMan;

    private LazyMan() {
        System.out.println("LazyMan被创建");
    }

    public  static LazyMan getInstance() {
        if (lazyMan == null) {
            synchronized (LazyMan.class) {
                if (lazyMan == null) {
                    lazyMan = new LazyMan();
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(LazyMan.getInstance());
            }).start();
        }
    }

}