單例設計模式（Singleton Pattern）是最簡單且常見的設計模式之一，主要作用是提供一個全局訪問且只實例化一次的對象，避免多實例對象的情況下引起邏輯性錯誤（實例化數量可控）...

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概述

Java中，單例模式主要分三種：懶漢式單例、餓漢式單例、登記式單例三種。

• 懶漢：非線程安全，需要用一定的風騷操作控制，裝逼失敗有可能導致看一周的海綿寶寶
• 餓漢：天生線程安全，ClassLoad的時候就已經實例化好，該操作過于風騷會造成資源浪費
• 單例注冊表：Spring初始化Bean的時候，默認單例用的就是該方式

特點

• 私有構造方法，只能有一個實例。
• 私有靜態引用指向自己實例，必須是自己在內部創建的唯一實例。
• 單例類給其它對象提供的都是自己創建的唯一實例

案例

• 在計算機系統中，內存、線程、CPU等使用情況都可以再任務管理器中看到，但始終只能打開一個任務管理器，它在Windows操作系統中是具備唯一性的，因為彈多個框多次采集數據浪費性能不說，采集數據存在誤差那就有點逗比了不是么...
• 每臺電腦只有一個打印機后臺處理程序
• 線程池的設計一般也是采用單例模式，方便對池中的線程進行控制

注意事項

• 實現方式種類較多，有的非線程安全方式的創建需要特別注意，且在使用的時候盡量根據場景選取較優的，線程安全了還需要去考慮性能問題。
• 不適用于變化的對象，如果同一類型的對象總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起數據的錯誤，不能保存彼此的狀態。
• 沒有抽象層，擴展有困難。
• 職責過重，在一定程度上違背了單一職責原則。
• 使用時不能用反射模式創建單例，否則會實例化一個新的對象

解鎖姿勢

第一種：單一檢查（懶漢）非線程安全

public class LazyLoadBalancer {private static LazyLoadBalancer loadBalancer;private List<String> servers = null;private LazyLoadBalancer() {servers = new ArrayList<>();}public void addServer(String server) {servers.add(server);}public String getServer() {Random random = new Random();int i = random.nextInt(servers.size());return servers.get(i);}public static LazyLoadBalancer getInstance() {// 第一步：假設T1,T2兩個線程同時進來且滿足 loadBalancer == nullif (loadBalancer == null) {// 第二步：那么 loadBalancer 即會被實例化2次loadBalancer = new LazyLoadBalancer();}return loadBalancer;}public static void main(String[] args) {LazyLoadBalancer balancer1 = LazyLoadBalancer.getInstance();LazyLoadBalancer balancer2 = LazyLoadBalancer.getInstance();System.out.println("hashCode："+balancer1.hashCode());System.out.println("hashCode："+balancer2.hashCode());balancer1.addServer("Server 1");balancer2.addServer("Server 2");IntStream.range(0, 5).forEach(i -> System.out.println("轉發至：" + balancer1.getServer()));} }

日志

hashCode：460141958 hashCode：460141958 轉發至：Server 2 轉發至：Server 2 轉發至：Server 2 轉發至：Server 1 轉發至：Server 2

分析： 在單線程環境一切正常，balancer1和balancer2兩個對象的hashCode一模一樣，由此可以判斷出堆棧中只有一份內容，不過該代碼塊中存在線程安全隱患，因為缺乏競爭條件，多線程環境資源競爭的時候就顯得不太樂觀了，請看上文代碼注釋內容

第二種：無腦上鎖（懶漢）線程安全，性能較差，第一種升級版

public synchronized static LazyLoadBalancer getInstance() {if (loadBalancer == null) {loadBalancer = new LazyLoadBalancer();}return loadBalancer; }

分析： 毫無疑問，知道synchronized關鍵字的都知道，同步方法在鎖沒釋放之前，其它線程都在排隊候著呢，想不安全都不行啊，但在安全的同時，性能方面就顯得短板了，我就初始化一次，你丫的每次來都上個鎖，不累的嗎（沒關系，它是為了第三種做鋪墊的）..

第三種：雙重檢查鎖（DCL），完全就是前兩種的結合體啊，有木有，只是將同步方法升級成了同步代碼塊

//劃重點了 **volatile** private volatile static LazyLoadBalancer loadBalancer;public static LazyLoadBalancer getInstance() {if (loadBalancer == null) {synchronized (LazyLoadBalancer.class) {if (loadBalancer == null) {loadBalancer = new LazyLoadBalancer();}}}return loadBalancer; }

1.假設new LazyLoadBalancer()加載內容過多
2.因重排而導致loadBalancer提前不為空
3.正好被其它線程觀察到對象非空直接返回使用

mem = allocate(); //LazyLoadBalancer 分配內存 instance = mem; //注意當前實例已經不為空了 initByLoadBalancer(instance); //但是還有其它實例未初始化

存在問題： 首先我們一定要清楚，DCL是不能保證線程安全的，稍微了解過JVM的就清楚，對比C/C++它始終缺少一個正式的內存模型，所以為了提升性能，它還會做一次指令重排操作，這個時候就會導致loadBalancer提前不為空，正好被其它線程觀察到對象非空直接返回使用（但實際還有部分內容沒加載完成）

解決方案： 用volatile修飾loadBalancer，因為volatile修飾的成員變量可以確保多個線程都能夠順序處理，它會屏蔽JVM指令重排帶來的性能優化。

volatile詳解：http://blog.battcn.com/2017/10/18/java/thread/thread-volatile/

第四種：Demand Holder （懶漢）線程安全，推薦使用

private LazyLoadBalancer() {}private static class LoadBalancerHolder {//在JVM中 final 對象只會被實例化一次,無法修改private final static LazyLoadBalancer INSTANCE = new LazyLoadBalancer(); }public static LazyLoadBalancer getInstance() {return LoadBalancerHolder.INSTANCE; }

分析： 在Demand Holder中，我們在LazyLoadBalancer里增加一個靜態(static)內部類，在該內部類中創建單例對象，再將
該單例對象通過getInstance()方法返回給外部使用，由于靜態單例對象沒有作為LazyLoadBalancer的成員變量直接實例化，類加載時并不會實例化LoadBalancerHolder，因此既可以實現延遲加載，又可以保證線程安全，不影響系統性能（居家旅行必備良藥啊）

第五種：枚舉特性（懶漢）線程安全

enum Lazy {INSTANCE;private LazyLoadBalancer loadBalancer;//枚舉的特性,在JVM中只會被實例化一次Lazy() {loadBalancer = new LazyLoadBalancer();}public LazyLoadBalancer getInstance() {return loadBalancer;} }

分析： 相比上一種，該方式同樣是用到了JAVA特性：枚舉類保證只有一個實例（即使使用反射機制也無法多次實例化一個枚舉量）

第六種：餓漢單例（天生線程安全），

public class EagerLoadBalancer {private final static EagerLoadBalancer INSTANCE = new EagerLoadBalancer();private EagerLoadBalancer() {}public static EagerLoadBalancer getInstance() {return INSTANCE;} }

分析： 利用ClassLoad機制，在加載時進行實例化，同時靜態方法只在編譯期間執行一次初始化，也就只有一個對象。使用的時候已被初始化完畢可以直接調用，但是相比懶漢模式，它在使用的時候速度最快，但這玩意就像自己挖的坑哭著也得跳，你不用也得初始化一份在內存中占個坑...

- 說點什么

全文代碼：https://gitee.com/battcn/design-pattern/tree/master/Chapter2/battcn-singleton

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一起学设计模式 - 单例模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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