什么是单例模式?有什么作用和特点?可以解决哪些问题?懒汉式和饿汉式的区别?如何保证线程安全?

单例模式:

一个类只允许创建一个实例对象,并提供访问其唯一的对象的方式。这个类就是一个单例类,这种设计模式叫作单例模式。

作用:

避免频繁创建和销毁系统全局使用的对象。

单例模式的特点:

  • 单例类只能有一个实例
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例的访问

应用场景:

  • 全局唯一类,如 系统配置类、系统硬件资源访问类
  • 序列号生成器
  • Web 计数器

饿汉式与懒汉式的区别:

  • 饿汉式是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证 getInstance() 方法被调用时的时候,单例已经初始化完成,可以直接使用。
  • 懒汉式比较懒,只有当被调用 getInstance() 方法时,才会去初始化这个单例。

线程安全性问题:

饿汉式,在被调用 getInstance() 方法时,单例已经由 jvm 加载初始化完成,所以并发访问 getInstance() 方法返回的都是同一实例对象,线程安全。

懒汉式,要保证线程安全,可以有以下几种方式:

  • 给静态 getInstance() 方法加锁,性能差
  • getInstance() 方法双重检查给类加锁后创建对象(以上两种低版本 JDK,由于指令重排,需要加 volatile 关键字,否则创建出多个对象;JDK 1.5 内存模型加强后解决了对象 new 操作和初始化操作的原子性问题)
  • 通过静态内部类实现
  • 通过枚举实现

示例代码:
1、饿汉式

package constxiong.interview;/** * 单例模式 饿汉式 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {    private static final TestSingleton instance = new TestSingleton();        private TestSingleton() {    }        public static TestSingleton getInstance() {        return instance;    }    }

2、懒汉式:线程不安全

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-线程不安全 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {    private static TestSingleton instance;        private TestSingleton() {    }        public static TestSingleton getInstance() {        if (instance == null) {            instance = new TestSingleton();        }        return instance;    }    }

3、懒汉式:getInstance() 方法加锁,线程安全,性能差

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-加锁 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {    private static volatile TestSingleton instance;        private TestSingleton() {    }        public static synchronized TestSingleton getInstance() {        if (instance == null) {            instance = new TestSingleton();        }        return instance;    }    }

4、懒汉式:双重检查 + 对类加锁

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-双重检查 + 对类加锁 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {    private static volatile TestSingleton instance;        private TestSingleton() {    }        public static TestSingleton getInstance() {        if (instance == null) {            synchronized (TestSingleton.class) {                if (instance == null) {                    instance = new TestSingleton();                }            }        }        return instance;    }    }

5、懒汉式:静态内部类

package constxiong.interview;/** * 单例模式 懒汉式-静态内部类 * @author ConstXiong */public class TestSingleton {    private static class SingletonHolder {        private static final TestSingleton instance = new TestSingleton();    }        private TestSingleton() {    }        public static TestSingleton getInstance() {        return SingletonHolder.instance;    }    }

6、懒汉式:枚举

package constxiong.interview;import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;/** * 单例模式 懒汉式-枚举,id生成器 * @author ConstXiong */public enum TestSingleton {    INSTANCE;    private AtomicLong id = new AtomicLong(0);    public long getId() {        return id.incrementAndGet();    }}

实现方式的选择建议:

  • 没有特殊要求,建议使用 1、饿汉式,提前初始化好对象,虽然提前占用内存资源和提前了初始化的时间,但避免了懒加载过程中程序出现内存不够、超时等问题,符合 fail-fast 原则。
  • 明确要求懒加载,可以使用 5、静态内部类的方式
  • 有其他特殊要求,使用 4、双重检查 + 对类加锁的方法

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