單例模式你真的會了嗎(上篇)？

單例模式相信是很多程序員接觸最多的了，也是面試過程中考察最頻繁的一個了，不知道你有沒有被問過這道面試題？歡迎留言討論。

今天我們來重點討論一下單例的幾個問題，及如何正確的實現一個單例，然後你再來回顧一下，你之前的回答或者使用方式是否正確。

爲何要使用單例

單例非常簡單，一個類只允許創建一個對象或者實例，這個類就是一個單例類。這種設計模式就叫做單例設計模式，是創建型的第一種設計模式，簡稱單例模式。

單例模式什麼時候使用呢？又或者說這種情況下爲什麼要使用單例？

1. 解決資源衝突問題
   比如說，我們現在的java處理程序中是使用打印機，而我們的服務端程序是多線程的，但是打印機只有一個，不能重複創建打印機資源啊。當然我們也可以定義普通類，在調用打印添加synchronized關鍵字。
2. 全局唯一類
   有時候，我們做業務設計時，有些數據在系統中只應該保留一份，這時候就應該設計爲單例。
   比如配置信息類，系統的配置文件應該只有一份，加載到內存之後以對象的形式存在，理所應當只有一份。
   再比如說，我們設計一個抽獎系統，每點擊一次生成一個抽獎序號，可以設計一個單例，內部存儲好所有的序號，每次隨機取出一個序號。如果使用普通類對象的話，那就需要通過共享內存共享所有抽獎序號。

單例應該怎麼寫？

學習任何東西，因爲大腦的容量是有限的，首先我們要理解概念，知道爲什麼，來後追求怎麼做，怎麼實現，做的過程可能很複雜，比如有一二三四五步驟，但我們要化繁爲簡，概括精簡。

單例需要考慮以下幾個問題：

• 構造函數要是private的，這樣才能避免外部通過new創建實例嘛，不然怎麼叫單例，別人可以隨便通過new來創建啊。
• 多線程創建時是否有線程安全問題。
• 支持延遲加載嗎？
• getInstance()性能高嗎？

單例典型實現方式

餓漢式

通過這種形容方式，可以直觀的理解一下，餓漢一直擔心自己喫不飽，所以先吃了再說，也就是說實例是事先初始化好的，也就沒有辦法延遲加載了。
不支持懶加載，有人就說這種方式不好，說我都沒有使用單例，你都給我加載了，浪費啊。但是有壞處也有好處，提前把類加載進來，提前暴露問題，這樣如果類的設計有問題，在程序啓動時就會報錯，而不是等到程序運行中才暴露出來。

public class SingleTon {
    private static final SingleTon instance = new SingleTon();
    
    private SingleTon() {}
    
    public static SingleTon getInstance() {
        return instance;
    }
    
    public void method() {}
}

懶漢式

所謂懶漢式，那就是支持延遲加載嘍。總體思路類似，但在類內部並不是默認就把instance實例化好。

public class SingleTon {
    private static SingleTon instance;

    private SingleTon() {}

    public static synchronized SingleTon getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance;
    }

    public void method() {}
}

爲什麼要加synchronized呢？如果是多線程同時調用getInstance()，會有併發問題啊，多個線程可能同時拿到instance == null的判斷，這樣就會重複實例化，單例就不是單例。所以爲了解決多線程併發的問題，這裏犧牲了性能，變成了嚴格的串行制。多線程下性能很低。

雙重檢測懶漢式

餓漢方式不支持延遲加載。
懶漢方式，多線程下性能低下，那怎麼修改呢，就是改進的懶漢方式，又叫雙重檢測。
具體怎麼做呢？

public class SingleTon {
    private static volatile SingleTon instance;

    private SingleTon() {}

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

    public void method() {}
}

這個類裏的volatile十分關鍵，如果沒有volatile關鍵字修飾instance變量，如果線程1執行到instance = new SingleTon();的時候，線程2此時判斷instance已經不等於null了，會直接返回instance，但此時instance並未初始化完畢，爲什麼這麼說呢？因爲對象的初始化分爲三步：

• 分配內存
• 內存初始化
• 對象指向新分配的內存地址

既然是分爲三步，那就不是原子操作，而且可能會發生指令重排，也就是說可能先執行第三步，這時候其他線程判斷instance也就不是null了。加上volatile關鍵字，可以禁止機器指令重排，就不會有這個問題了。

靜態內部類

這種方式，避免雙重檢測，利用java靜態內部類，類似餓漢方式，又做到延遲加載。

public class SingleTon {

    private SingleTon() {}
    
    private static class SingleTonHolder {
        private static final SingleTon instance = new SingleTon();
    }

    public static SingleTon getInstance() {
        return SingleTonHolder.instance;
    }

    public void method() {}
}

是不是覺得很簡潔？推薦大家使用這種方式，類SingleTon加載時，並不會加載SingleTonHolder類，只要調用getInstance方法時，SingleTonHolder纔會被加載，並創建instance，這些都是由JVM來保證的。

枚舉方式

還有一種更簡單的，但是理解起來可能有點費解，枚舉的構造函數默認就是私有的。java的枚舉類型本身就保證了線程安全性和實例唯一性。
只需要簡單幾行，就可以使用枚舉單例INSTANCE的方法了。

public enum SingleTon {
    INSTANCE;
    
    public void method() {}
}

但是單例模式真的就好嗎？下面我們會討論一下爲什麼不推薦單例模式？如何替代，以及如何做到集羣下的分佈式單例模式？

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