🍒一.单例模式概述

🍎1.1什么是设计模式

设计模式好比象棋中的 “棋谱”. 红方当头炮, 黑方马来跳. 针对红方的一些走法, 黑方应招的时候有一些固定的套路. 按照套路来走局势就不会吃亏.软件开发中也有很多常见的 “问题场景”. 针对这些问题场景, 这是在一些互联网大佬们总结出了一些固定的套路. 按照这个套路来实现代码, 我们来学习一些模式,简单的实现一下

🍎1.2什么单例模式

单例模式，是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中，应用该模式的类一个类只有一个实例，即一个类只有一个对象实例

单例模式有两种典型的实现，一是饿汉模式，二是懒汉模式，饿汉模式中的“饿”并不是真的表示“饿”，更加准确的来说应该是表示“急”，那就是一个单例类还没被使用，它的单例对象就已经创建好了,虽然这样会节省申请创造线程判断是否为空的时间,但是因为在一直持续的等待创建线程会浪费一些资源，而懒汉模式，要等到使用这个单例类时才创建单例对象,这样会为我们节省很多时间

注意:单例模式中的单例类，只能拥有一个实例对象，又static修饰的成员是属于类的,也就是只有一份,所以我们可以使用static修饰的成员变量保存实例对象的引用

🍒二.单例模式的实现

🍎2.1饿汉模式的实现

饿汉模式:由于饿汉模式是单例模式所以只能拥有一个对象,所以需要将类的构造方法封装,类加载的同时, 创建实例因此我只需要来实现这个类对外的一个方法

//饿汉模式
class HungrySingleton{
    private final static HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
    //我们来封装HungrySingleton的构造方法防止在编写程序的时候创建new
    private HungrySingleton(){};
    
    //提供get方法获得hungrySingleton实例对象
    public HungrySingleton getHungrysingleton() {
        return hungrySingleton;
    }
}

🍎2.2懒汉模式的实现和优化

🍉2.21懒汉模式单线程实现

懒汉模式与饿汉模式相比他们的共同点是都只需要对外创建出一个对象,他俩的区别是懒汉实在需要被创建线程的时候才会被执行

//懒汉模式
class Singleton{
    //懒汉模式在创建的时候不能实现实例对象
    private static Singleton singleton;
    //因为懒汉模式只能实例化一个对象
    //封装Singleton的构造方法防止在创建线程是被new新的对象
    private Singleton(){};
    //创建对外的get方法在类外能实现实例化
    //获取该类的唯一对象,如果对象没有被创建就创建一个新对象
    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

🍉2.22懒汉模式多线程实现

我们在进行多线程实现的时候就是要利用synchronized来进行保护线程安全

线程安全问题发生在首次创建实例时. 如果在多个线程中同时调用getsingleton 方法, 就可能导致创建出多个实例.一旦实例已经创建好了, 后面再多线程环境调用getSingleton 就不再有线程安全问题了(不再修改Singleton 了)加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题.

class Singleton{
    //懒汉模式在创建的时候不能实现实例对象
    private static Singleton singleton;
    //因为懒汉模式只能实例化一个对象
    //封装Singleton的构造方法防止在创建线程是被new新的对象
    private Singleton(){};
    //创建对外的get方法在类外能实现实例化
    //获取该类的唯一对象,如果对象没有被创建就创建一个新对象
    synchronized public static Singleton getsingleton() {
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

🍉2.22懒汉模式多线程实现(优化改进)

以下代码在加锁的基础上, 做出了进一步改动:
使用双重 if 判定, 降低锁竞争的频率.给 instance 加上了 volatile.

//懒汉模式
class Singleton{
    //懒汉模式在创建的时候不能实现实例对象
    volatile private static Singleton singleton;
    //因为懒汉模式只能实例化一个对象
    //封装Singleton的构造方法防止在创建线程是被new新的对象
    private Singleton(){};
    //创建对外的get方法在类外能实现实例化
    //获取该类的唯一对象,如果对象没有被创建就创建一个新对象
     public static Singleton getsingleton() {
        if (singleton == null)
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        return singleton;
    }
}

理解双重 if 判定 / volatile:
加锁 / 解锁是一件开销比较高的事情. 而懒汉模式的线程不安全只是发生在首次创建实例的时候.因此后续使用的时候, 不必再进行加锁了.外层的 if 就是判定下看当前是否已经把 instance 实例创建出来了.同时为了避免 “内存可见性” 导致读取的 instance 出现偏差, 于是补充上 volatile .当多线程首次调用 getInstance, 大家可能都发现 instance 为 null, 于是又继续往下执行来竞争锁,其中竞争成功的线程, 再完成创建实例的操作.当这个实例创建完了之后, 其他竞争到锁的线程就被里层 if 挡住了. 也就不会继续创建其他实例.

(1) 有三个线程, 开始执行 getSingleton , 通过外层的 if (singleton== null) 知道了实例还没有创建的消息. 于是开始竞争同一把锁

(2) 其中线程1 率先获取到锁, 此时线程1 通过里层的 if (singleton == null) 进一步确认实例是否已经创建. 如果没创建, 就把这个实例创建出来

(3) 当线程1 释放锁之后, 线程2 和 线程3 也拿到锁, 也通过里层的 if (singleton == null) 来确认实例是否已经创建, 发现实例已经创建出来了, 就不再创建了.

(4) 后续的线程, 不必加锁, 直接就通过外层 if (singleton == null) 就知道实例已经创建了, 从而不再尝试获取锁了. 降低了开销.