【23种设计模式专题】一 单例模式，谁说程序猿没有女(男)朋友

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文章目录

• 前言
• 概念
• 应用场景
• 实战篇
• • new两个对象,判断是否相等
  • 饿汉式(第一种)
  • 懒汉式（第二种)
  • • 模拟线程不安全
    • 模拟线程不安全，方法加synchronized
  • 双重校验锁DCL(第三种)
  • • 1.0版本，线程不安全
    • • • 题外话，浅谈指令重排
    • 2.0版本，线程安全
    • 静态内部类(第四种)
    • • 反射破坏单例
      • 防止反射，增加监控代码
  • 枚举(第五种)

前言

你问程序猿小哥哥，有对象吗
他会毫不犹豫的告诉你，有，简单呀，new一个呗。
我们知道"对象"只会有一个，毕竟，不是谁都是韦小宝，有7个老婆，可以new 7次。
那怎么保证只会new出一个对象，这就是本文的主角单例模式。
现在这年代太难了,找对象难，在程序中，new一个对象，还这么讲究。

概念

采取一定的手段，保证一个类中只有一个实例，并且只提供一个取到该实例的入口。

• 是不是理解起来一脸懵逼，别急，后面会一一的解释这段的意思。

应用场景

• 学过spring的社友，应该知道，在spring中创建一个bean,会有一个scope属性，他的值默认为singleton，也就是单例，看看spring都在用单例，你还敢说没有用吗？
• 项目的配置信息，可以考虑用单例
• 网站的计数。统计访问量

总结：
如果该对象频繁的被使用，我们就可以考虑把他设计单例。

实战篇

new两个对象,判断是否相等

s.designmode.util;/*** Description：* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 12:30* Modified By:*/
public class Demo1 {public static void main(String[] args) {Girlfriend gf = new Girlfriend();Girlfriend gf1 = new Girlfriend();System.out.println(gf  == gf1);}
}class  Girlfriend{}

各位社友，觉得输出的结果是什么？true还是false

• 引用类型比较的是两个对象的地址是否相等，实例化两次，当然不相等。
• 各位社友想一想，每次都实例化一个对象，开销是不是很大。作为一个别人眼里勤俭节约的程序猿，每个月几乎无什么开销。理性的程序猿，不仅仅在生活中得保持这种良好的品质，在开发过程中，我们也应该保持好这种传统。

饿汉式(第一种)

s.designmode.util;/*** Description：* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 13:15* Modified By:*/
public class Demo2 {public static void main(String[] args) {Girlfriend2 gf1 = Instance();Girlfriend2 gf2 = Instance();System.out.println(gf1 == gf2);}
}
class  Girlfriend2{//第二步private  static Girlfriend2 gf = new Girlfriend2();// 第一步private Girlfriend2() {}//第三步public  static Girlfriend2 getInstance(){return  gf;}
}

输出的值为true，说明只实例化一次。我们来梳理一下代码实现思路。

• 为了防止，一直new，直接把构造方法私有化，防止别人调用。
• 通过静态变量实现只初始化一次，被static修饰的变量，我们都知道只会加载一次，所以，就可以保证对象只会实例化一次。
• 我们现在也无法通过new 对象，实际上就是通过调用构造方法的方式直接创建对象，那其他的人，要如何调用，是不是需要提供一个入口，因为无法new对象，这就意味着我们无法通过对象.属性的方式调用该方法，是不是只有把这个方法修饰为static方法，才能调用。

在学习单例过程中，我们会经常看到一个词汇“懒加载”，他是什么意思？

• 实际上，就是需要使用的时候，才加载。案例：女朋友说喜欢草莓，你去买了一大盒，你到家后，女朋友，跟你说，我又不喜欢草莓，钱也花了，没人吃，是不是造成浪费，在软件的世界里，也是一样，避免资源的浪费。

总结：
饿汉式是通过static变量，也就是类加载原理保证单例，也就是所谓的线程安全。没有实现懒加载。
个人的建议：
可以使用，内存浪费的问题，几乎可以忽略，在实际开发过程中，存在一个类，也不调用，还傻傻的放在那里，说明这个代码，可能是无用的代码，对于，没有的代码，直接干掉。

懒汉式（第二种)

s.designmode.util;/*** Description：懒汉式* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 14:00* Modified By:*/
public class Demo3 {public static void main(String[] args) {Girlfriend3 gf = Instance();Girlfriend3 gf1 = Instance();System.out.println(gf == gf1);}
}
class  Girlfriend3{private static  Girlfriend3 gf =  null;private Girlfriend3() {}public static Girlfriend3 getInstance(){if(gf == null){gf = new Girlfriend3();}return gf;};
}

打印的结果也为true，各位社友，是不是觉得，这就实现单例？
实际上，这种写法是有问题的，会存在线程安全的问题

• gf对象被static修饰，说明资源只有一份，看过社长多线程高并发编程文章的社友，应该都知道，多个线程访问同一个资源的时候，会存在线程不安全的问题。
• 假设有两个线程A B, A走到判断这里，而这是的B也刚好走到这里，都没有创建对象，都会创建对象。实际上就会创建实例化两次。

模拟线程不安全

s.designmode.util;import urrent.TimeUnit;/*** Description：懒汉式,模拟线程不安全* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 14:00* Modified By:*/
public class Demo4 {public static void main(String[] args) {new Thread(()->{Girlfriend4 gf = Instance();System.out.println(gf);}).start();new Thread(()->{Girlfriend4 gf1 = Instance();System.out.println(gf1);}).start();}
}class  Girlfriend4{private static  Girlfriend4 gf =  null;private Girlfriend4() {}public static   Girlfriend4 getInstance(){if(gf == null){try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}gf = new Girlfriend4();}return gf;};
}

• TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); 模拟延迟100毫秒，如果不加这个代码，程序一闪而过，是无法看到实际的效果的
• 通过测试，我们可以发现，这两个对象的地址是不一样的，说明实例化两次，所以我们说他是线程不安全的。

对多线程不了解社友，看到线程不安全这个词汇,可能会有点懵逼，这里我简单的阐述一下，如何界定一个线程是否安全。

• 首先，有一个前提，在多线程环境下，我上面的代码new了两次Thread。就是保证在多线程环境下。
• 我们对程序有一个预期的效果，按照我们程序的预期，这个对象是实例化一次，这个就是我们的预期，最终的结果是实例化两次，跟我们预期有偏差，我们就可以说他是线程不安全的。

模拟线程不安全，方法加synchronized

跟上面的方法相比，只是增加了synchronized关键字

s.designmode.util;import urrent.TimeUnit;/*** Description：懒汉式,方法上增加同步* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 14:00* Modified By:*/
public class Demo5 {public static void main(String[] args) {new Thread(()->{Girlfriend5 gf = Instance();System.out.println(gf);}).start();new Thread(()->{Girlfriend5 gf1 = Instance();System.out.println(gf1);}).start();}
}class  Girlfriend5{private static  Girlfriend5 gf =  null;private Girlfriend5() {}public static synchronized   Girlfriend5 getInstance(){if(gf == null){try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}gf = new Girlfriend5();}return gf;};
}

• 为了解决线程安全的问题，在方法上增加关键字synchronized，意味着，同一时候，只能有一个线程调用该方法，方法运行完后，下一个线程才能拿到锁。 案例：每一个茅坑都有一把锁，本来一个洗手间，可以容纳很多人，使用synchronized，就相当于，隔壁小王在上洗手间，为了防止被人偷窥，直接把洗手间的大门锁上，需要等隔壁老王，上完后，其他人才能进去，所以说，加synchronized这种方式性能不怎么好。

总结：
通过synchronized关键字，解决懒汉式单例线程安全的问题，虽说能保证线程安全，但是，效率太低，在实际项目实战过程中，不建议使用这种方式。

隔壁老王：社长，那有什么办法，可以保证线程安全，效率还行的实现方式吗？
社长：有的，通过双重校验锁方式。

双重校验锁DCL(第三种)

1.0版本，线程不安全

s.designmode.util;import urrent.TimeUnit;/*** Description：懒汉式 双重校验锁  DCL* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/15 14:00* Modified By:*/
public class Demo6 {public static void main(String[] args) {new Thread(()->{Girlfriend6 gf = Instance();System.out.println(gf);}).start();new Thread(()->{Girlfriend6 gf1 = Instance();System.out.println(gf1);}).start();}
}class  Girlfriend6{private static   Girlfriend6 gf =  null;private Girlfriend6() {}public static   Girlfriend6 getInstance(){if(gf == null){    //步骤1synchronized (Girlfriend6.class){if(gf == null){gf = new Girlfriend6();  //步骤2}}}return gf;};
}

• 通过结果查看，好像木有问题。不要被结果所蒙蔽了，实际上，这种方式，还是会存在线程不安全的问题。
• 为了提供性能，java编译器，会进行指令重排。
  (1).分配内存空间
  (2)初始化对象
  (3) 把gf变量指向刚刚分布的内存地址

这样就会存在问题，假设，他的顺序是1-3-2，线程A刚刚跑到1-3这一步，把gf指向一个地址的时候(表示gf这个对象不为空，因为已经有内存地址)，而这时的线程B，刚刚到步骤1，进行对应的判断，发现gf不为空，直接退出程序。

题外话，浅谈指令重排

 s.designmode.util;/*** Description：* Author: wude* Date:  2020/3/18 11:29* Modified By:*/
public class Test {public static void main(String[] args) {Test test = new Test();}
}

idea版本中，在类里面右键，保证该类已运行，不然，会提示找不到主类的错。

• 实际上，我们在代码里面只是创建了一个main方法，实例化一个对象，而底层是这样处理的。具体都是什么意思。可以查查Java字节码。

隔壁老王：社长，既然多线程环境下，会存在指令重排的问题，是不是说通过双重校验锁这种方式实现单例，也不可行。
社长：既然存在指令重排的问题，jdk大佬当然也考虑这个问题，增加volatile关键字

2.0版本，线程安全

总结:
通过双重检验锁，很好的解决解决线程安全的问题。建议使用。实现了懒加载。

静态内部类(第四种)

s.designmode.util;/*** Description：* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/18 19:59* Modified By:*/
public class Demo7 {public static void main(String[] args) {Girlfriend7 gf = Instance();Girlfriend7 gf1 = Instance();System.out.println(gf == gf1);}
}
class  Girlfriend7{private Girlfriend7() {}public static  Girlfriend7 getInstance(){return  Instance.gf;}private  static  class Instance{private static final Girlfriend7 gf = new Girlfriend7();}
}

总结：
静态内部类通过classloader 机制来保证单例和线程安全。同时也是懒加载的，只有使用到该静态内部类被调用时，才会被加载。

隔壁老王：社长，社长，听说反射可以破坏单例，具体是怎么一回事？
社长：既然，你提了这个问题，我们就来具体看看，为什么反射可以破坏单例。

反射破坏单例

实际上，不止反射可以破坏单例，通过序列化的方式也可以破坏单例。

s.designmode.util;import java.lang.annotation.Annotation;
import flect.Constructor;/*** Description：模拟通过反射破坏单例* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/19 9:15* Modified By:*/
public class Demo8 {public static void main(String[] args) throws Exception {Constructor<Girlfriend8> declaredConstructor = DeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);//暴力访问Girlfriend8 gf = wInstance();Girlfriend8 gf1 = wInstance();System.out.println(gf);System.out.println(gf1);}
}class  Girlfriend8{private Girlfriend8() {}public static  Girlfriend8 getInstance(){return  Instance.gf;}private  static  class Instance{private static final Girlfriend8 gf = new Girlfriend8();}
}

• 通过测试结果，我们可以发现，通过反射，这个对象竟然被实例化多次。
• 实际上，就是因为反射可以拿到private的构造方法。

隔壁老王：社长，那怎么解决反射可以暴力破解单例的问题？
社长：在构造方法里面，再判断一下这个对象是否为空。

防止反射，增加监控代码

s.designmode.util;import java.lang.annotation.Annotation;
import flect.Constructor;/*** Description：模拟通过反射破坏单例* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/19 19:15* Modified By:*/
public class Demo8 {public static void main(String[] args) throws Exception {Constructor<Girlfriend8> declaredConstructor = DeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);//暴力访问Girlfriend8 gf = wInstance();Girlfriend8 gf1 = wInstance();System.out.println(gf);System.out.println(gf1);}
}class  Girlfriend8{private Girlfriend8() {synchronized (Girlfriend8.class){if(Instance.gf == null){try {throw new Exception("该对象已实例化,不要试图破解!");}catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}}public static  Girlfriend8 getInstance(){return  Instance.gf;}private  static  class Instance {private static final Girlfriend8 gf = new Girlfriend8();}
}

• 实际上，这种方式，只是在第二次实例化的时候，增加一个判断，发现重复实例化，就抛出一个异常，没有从根本上解决问题。老王，你可以使用另外一种，代码也十分的简洁。那就是通过枚举的方式实现单例。

枚举(第五种)

s.designmode.util;import flect.Constructor;/*** Description：* Author: 程序猿学社* Date:  2020/3/20 19:55* Modified By:*/
public enum  Demo9 {GF;public Demo9 getInstance(){return GF;}
}
class  Test9{public static void main(String[] args) throws Exception{Demo9 instance = Instance();Demo9 instance1 = Instance();System.out.println(instance == instance1);}
}

• 通过枚举实现单例，十分的简单，并且是线程安全的，不会被反射，序列化破坏，但是，他不支持懒加载。

隔壁老王：社长，为什么枚举可以解决别人暴力破解的问题？
社长: 给你看一段源码，你就知道为什么枚举可以防止别人暴力破解。

还记得我在上一个事例中，给你说过，通过反射可以单例，写了一段代码，我们来看看源码。

• 如果类型为枚举，是不会继续向下执行的，也就不会重新实例化一个对象。

最近有不少读者在问我java应该如何学习，在这里，把我整理的学习视频分享出来。
(1).springboot，springcloud视频
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原创不易，不要白嫖，觉得有用的社友，给我点赞，让更多的老铁看到这篇文章。

作者：程序猿学社
原创公众号：『程序猿学社』，暂时专注于java技术栈，分享java各个技术系列专题，以及各个技术点的面试题。
原创不易，转载请注明来源(注明：来源于公众号：程序猿学社， 作者：程序猿学社)。