设计模式学习笔记（三）之 单例模式

今天是上班的第一天，由于没给安排活，也不知道干啥，于是随便翻翻csdn看到一篇关于单例模式的讲解，觉得写的很不错，讲的简单易懂，为了加深记忆(打发时间)写下这篇博客。
原博客地址：单例模式

1、什么是单例模式

从书上讲的来说，单例模式，这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式，单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式。简单来说就是整个程序有且仅有一个实例。

2、单例模式的两种类型

创建的单例模式有两种类型：

• 懒汉式：需要时再去创建对象
• 饿汉式：不管是否需要，在类加载的时候就创建单例对象

2.1 懒汉式

懒汉式在创建对象前需要进行判断对象是否实例化，如果已有实例化对象直接返回，没有则new一个后返回。

代码如下：

public static Singleton{
    private static Singleton singleton;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

2.2 饿汉式

饿汉式在类加载时就创建好实例化的对象，待程序需要时直接返回该对象。

代码如下：

public static Singleton{
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

到此两种类型的单例模式都已讲解完成，但是仍然存在某些问题，试想想，在多线程并发的情况下饿汉式单例模式还能正常使用，而懒汉式单例模式真的只有一个实例对象嘛？

3、懒汉式单例模式的优化改进

在并发的情况下，会存在还没有实例对象而多个线程进入到判断实例对象是否为null这一步，由于还没有创建实例对象，这些线程都会去创建实例，这样就出现了问题，所以我们需要对该步进行加锁！

改进后代码如下：

public static Singleton{
    private static Singleton singleton;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance(){
        if (singleton == null) {
            synchronized(Singleton.class) { // 某个线程获得该锁进行初始化
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        
        return singleton;
    }
}

因为需要两次判空，且对类对象加锁，该懒汉式写法也被称为：Double Check（双重校验） + Lock（加锁）

上面这段代码已经近似完美了，但是还存在最后一个问题：指令重排（这块是看完这篇博客后才知道的）

4. 使用volatile防止指令重排

创建一个对象，在JVM中会经过三步：

（1）为singleton分配内存空间

（2）初始化singleton对象

（3）将singleton指向分配好的内存空间

指令重排序是指：JVM在保证最终结果正确的情况下，可以不按照程序编码的顺序执行语句，尽可能提高程序的性能

在这三步中，第2、3步有可能会发生指令重排现象，创建对象的顺序变为1-3-2，会导致多个线程获取对象时，有可能线程A创建对象的过程中，执行了1、3步骤，线程B判断singleton已经不为空，获取到未初始化的singleton对象，就会报NPE异常。

使用volatile关键字优化后的代码：

public static Singleton{
    private static volatile Singleton singleton;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance(){
        if (singleton == null) {
            synchronized(Singleton.class) { // 某个线程获得该锁进行初始化
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        
        return singleton;
    }
}

5、总结

单例模式分为懒汉式和饿汉式两种写法，之前课堂上讲的由于没怎么听过对这些都不太熟悉，写完这篇博客后算是基本了解单例模式了，以后在实际代码中用到时也不会显得迷茫，要去考虑多线程的这种情况，因为实际项目和理想上的情况总是不一样的，需要考虑全面！

注意事项：

（1）在开发中如果对内存要求比较高，那么使用懒汉式写法，可以在特定时候才创建该对象；

（2）不必考虑内存情况则推荐使用饿汉式写法，因为简单不易出错！且没有任何并发安全和性能问题

（3）为了防止多线程环境下，因为指令重排序导致变量报NPE，需要在单例对象上添加volatile关键字防止指令重排序