前言

博主个人社区：开发与算法学习社区

博主个人主页：Killing Vibe的博客

欢迎大家加入，一起交流学习~~

一、何谓单例模式？

所谓的单例模式保证某个类在程序中有且只有一个对象。

现实生活中的单例：

一个类只有一个对象，地球类-地球这一个对象，太阳类-太阳这一个对象。

二、如何控制某个类只有一个对象？

思路如下：

1.要创建类的对象，通过构造方法对象

2.构造方法若是public权限，对于类的外部，就能随意创建对象，无法控制对象个数

3.所以我们考虑把构造方法私有化，类的外部就彻底没法产生对象了

构造方法私有化之后，对于类的外部而言就一个对象都没有，如何构造这唯一的对象（私有化的构造方法只能在类的内部调用），只调用一次构造方法即可。

三、饿汉单例

有了上述的思路，就可以写出饿汉式单例了：

public class SingleTon {
    // 惟一的这一个对象
    private static SingleTon singleTon = new SingleTon();
    private SingleTon() {}
    // 调用此方法时，singleTon对象已经产生过了，多线程场景下取回的是同一个单例对象
    public static SingleTon getSingleton() {
        return singleTon;
    }
}

饿汉式单例，天然的线程安全。系统初始化JVM加载类的过程中就创建了这个唯一的对象。

在SingleTon类的外部访问这个唯一的对象，直接通过getSingleTon方法获取这个唯一对象。

总结一下就三步走：

构造方法私有化（保证对象的产生个数）
单例类的内部提供这个唯一的对象（static）
单例类提供返回这个唯一的对象的静态方法供外部使用

四、懒汉单例

只有第一次调用getSingleTon方法，表示外部需要获取这个单例对象时才产生对象。

系统初始化时，外部不需要这个单例对象，就先不产生，只有当外部需要此对象才实例化对象。这种操作称之为懒加载~

举个栗子：

哈希表的构造就是懒加载，构造方法只设置了负载因子。

只有在需要给map中添加元素的时候，表示此时需要table数组，才初始化数组为16。

4.1 单线程下

类加载的时候不创建实例. 第一次使用的时候才创建实例.

class LazySingleton {
    private static LazySingleton singleTon;
    private LazySingleton() {}
    public static LazySingleton getSingle() {
        if (singleTon == null) {
            singleTon = new LazySingleton();
       }
        return singleTon;
   }
}

但这样的代码在多线程场景下会出现问题，不能保证只有一个对象产生。

三个线程并行调用getSingle()方法，此时singleTon三个线程看到的就都是null，每个线程都创建了一个对象。

4.2 多线程下（简单版）

此时加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题. （把方法锁了）

class LazySingleton {
    private static LazySingleton singleTon;
    private LazySingleton() {}
    public synchronized static LazySingleton getSingle() {
        if (singleTon == null) {
            singleTon = new LazySingleton();
       }
        return singleTon;
   }
}

但这样同一时间只有一个线程能进入getSingle方法，此时这个方法内部都是单线程操作，其他线程要进入此方法都需要获取锁（锁的粒度太低）

4.3 多线程下(增强版)

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（double-check）, 降低锁竞争的频率.
给 instance 加上了 volatile.

public class LazySingleTon {
    private static volatile LazySingleTon singleTon;

    private LazySingleTon() {}
    // 第一次调用获取单例对象方法时才实例化对象
    public static LazySingleTon getSingleTon() {
        if (singleTon == null) {
            // 初始化对象
            synchronized (LazySingleTon.class) {
                if (singleTon == null) {
                    singleTon = new LazySingleTon();
                }
            }
        }
        return singleTon;
    }
}

为什么使用Double-check？

1.使用Double-check的原因就是要降低锁的粒度，以上代码只是单例中最核心的代码，单例模式还有很多其他操作，为了保证其他操作尽可能并发执行，需要往小了“锁”。

2.还需要用第二个if判断的原因就是因为，在同步代码块内部需要再次坚持singleTon是否为空，防止其他线程恢复执行后多次创建了单例对象。

为什么使用Volatile关键字？

双重加锁，使用volatile关键字保证单例对象的初始化不被中断

举个栗子：

假如构造懒汉单例的时候需要初始化 x，y，z 三个变量, 多个线程开始同时运行：

当线程t1执行new操作时，还没完全结束，此时 SingleTon !=null
对于刚开始执行代码的t2线程来说，它看到singleTon != null 就直接返回了，但是返回的单例对象是一个尚未完全初始化的对象（比如z没来得及初始化为30，可能t2线程的对象z = 0）
此时若采用volatile修饰单例对象，由于volatile可以保证可见性，new这个操作就会像有一堵墙（内存屏障），其他线程要执行到return操作，JVM一个保证new操作完全结束后才能执行return语句。