【Java实习生】面试常问设计模式——单例模式

红太狼 2022-10-18 11:22 218阅读 0赞

*  临近秋招，备战暑期实习，祝大家每天进步亿点点！Day16
 *  本篇总结的是 **单例设计模式**，后续会每日更新~

![在这里插入图片描述][20210603083541757.jpg_pic_center]

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## 1、简介 ##

*  单例模式使⽤场景：
    
     *  业务系统全局只需要⼀个对象实例，⽐如发号器、 redis 连接对象等。
     *  Spring IOC容器中的 **Bean** 默认就是单例。
     *  Spring Boot 中的 Controller、Service、Dao 层中通过 `@Autowire`的依赖注⼊对象默认都是单例的。
 *  单例模式分类：
    
     *  **懒汉**：就是所谓的懒加载，延迟创建对象，需要用的时候再创建对象。
     *  **饿汉**：与懒汉相反，提前创建对象。
 *  单例模式实现步骤：
    
     *  **私有化构造函数**。
     *  **提供获取单例的⽅法**。

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## 2、单例模式——懒汉式 ##

> 单例模式——懒汉式有以下⼏种实现⽅式：

/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/11/06/20:36 * @Description: 单例设计模式-懒汉式 */
    public class SingletonLazy { 
        // 当需要用到该实例的时候再创建实例对象
        private static SingletonLazy instance;
    
        /** * 构造函数私有化 * 不能通过 new SingletonLazy() 的方式创建实例 * * 当需要用到该实例的时候在加载 * 只能通过 SingletonLazy.getInstance() 这种方式获取实例 */
        private SingletonLazy() { 
        }
    
        /** * 单例对象的方法 */
        public void process() { 
            System.out.println("方法实例化成功！");
        }
    
        /** * 方式一： * <p> * 对外暴露一个方法获取该类的对象 * <p> * 缺点：线程不安全，多线程下存在安全问题 * * @return */
        public static SingletonLazy getInstance() { 
            if (instance == null) { // 实例为null时候才创建
                /** * 线程安全问题： * 当某一时刻，两个或多个线程同时判断到instance == null成立的时候 * 这些线程同时进入该if判断内部执行实例化 * 则会新建出不止一个SingletonLazy实例 */
                instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
            }
            return instance;
        }
    
        /** * 方式二： * 通过加synchronized锁 保证线程安全 * * 采用synchronized 对方法加锁有很大的性能开销 * 因为当getInstance2()内部逻辑比较复杂的时候，在高并发条件下 * 没获取到加锁方法执行权的线程，都得等到这个方法内的复杂逻辑执行完后才能执行，等待浪费时间，效率比较低 * * @return */
        public static synchronized SingletonLazy getInstance2() { 
            if (instance == null) { // 实例为null时候才创建
                // 方法上加synchronized锁后可以保证线程安全
                instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
            }
            return instance;
        }
    
        /** * 方式三： * 在getInstance3()方法内，针对局部需要加锁的代码块加锁，而不是给整个方法加锁 * * 也存在缺陷： * @return */
        public static SingletonLazy getInstance3() { 
            if (instance == null) { // 实例为null时候才创建
                // 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
                // 缺陷：假设线程A和线程B
                synchronized (SingletonLazy.class){ 
                    // 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
                    // 当A线程执行完毕后，B再获得执行权，这时候还是可以实例化该对象
                    instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
                }
            }
            return instance;
        }
    }

> 单例模式：懒汉实现 + 双重检查锁定 + 内存模型

对于上面方式三存在的缺陷，我们可以使用双重检查锁定的方式对其进行改进：

/** * 方式三改进版本： * 在getInstance3()方法内，针对局部需要加锁的代码块加锁，而不是给整个方法加锁 * * DCL 双重检查锁定 (Double-Checked-Locking) 在多线程情况下保持高性能 * * 这是否安全？ instance = new SingletonLazy(); 并不是原子性操作 * jvm中 instance实例化内存模型流程如下： * 1.分配空间给对象 * 2.在空间内创建对象 * 3.将对象赋值给instance引用 * * 假如出现如下顺序错乱的情况： * 线程的执行顺序为：1 -> 3 -> 2, 那么这时候会把值写回主内存 * 则，其他线程就会读取到instance的最新值,但是这个是不完全的对象 * (指令重排现象) * * @return */
    public static SingletonLazy getInstance3plus() { 
        if (instance == null) { // 实例为null时候才创建
            // 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
            // 假设线程A和线程B 
            synchronized (SingletonLazy.class){ // 第一重检查
                // 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
                // 当A线程执行完毕后，B再获得执行权，这时候再判断instance == null是否成立
                // 如果不成立，B线程无法 实例化SingletonLazy
                if (instance == null){ // 第二重检查
                    instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
                }
            }
        }
        return instance;
    }

再次升级方式三，来解决内存模型中的指令重排问题：

// 添加volatile 关键字，禁止实例化对象时，内存模型中出现指令重排现象
    private static volatile SingletonLazy instance;
    
    /** * 方式三再次升级版本： * 在getInstance3()方法内，针对局部需要加锁的代码块加锁，而不是给整个方法加锁 * * DCL 双重检查锁定 (Double-Checked-Locking) 在多线程情况下保持高性能 * * 解决指令重排问题——禁止指令重排 * @return */
    public static SingletonLazy getInstance3plusplus() { 
        if (instance == null) { // 实例为null时候才创建
            // 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
            // 假设线程A和线程B
            synchronized (SingletonLazy.class){ // 第一重检查
                // 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
                // 当A线程执行完毕后，B再获得执行权，这时候再判断instance == null是否成立
                // 如果不成立，B线程无法 实例化SingletonLazy
                if (instance == null){ // 第二重检查
                    instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
                }
            }
        }
        return instance;
    }

单例模式——懒汉式调用：

@Test
    public void testSingletonLazy(){ 
        SingletonLazy.getInstance().process();
    }

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## 3、单例模式——饿汉式 ##

/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/11/06/21:39 * @Description: 单例设计模式-饿汉式 */
    public class SingletonHungry { 
    
        // 当类加载的时候就直接实例化对象
        private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();
    
        private SingletonHungry(){ }
    
        /** * 单例对象的方法 */
        public void process() { 
            System.out.println("方法实例化成功！");
        }
    
        public static SingletonHungry getInstance(){ 
            return instance;// 当类加载的时候就直接实例化对象
        }
    }

> 单例模式——饿汉式调用：

@Test
    public void testSingletonHungry(){ 
        SingletonHungry.getInstance().process();
    }

**饿汉式单例模式，当类加载的时候就直接实例化对象，因此不需要考虑线程安全问题**。

*  优点：实现简单，不需要考虑线程安全问题。
 *  缺点：不管有没有使用该对象实例，instance对象一直占用着这段内存。

**懒汉与饿汉式如何选择**？

*  如果对象内存占用不大，且创建不复杂，直接使用饿汉的方式即可。
 *  其他情况均采用懒汉方式(**优选**)。

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总结的面试题也挺费时间的，文章会不定时更新，有时候一天多更新几篇，如果帮助您复习巩固了知识点，还请三连支持一下，后续会亿点点的更新！

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