題目：設(shè)計(jì)一個(gè)類，我們只生成該類的一個(gè)實(shí)例。

• 只生成一個(gè)實(shí)例的類就是實(shí)現(xiàn)Singleton（單例）模式的類型。本題其實(shí)主要考察我們?cè)O(shè)計(jì)模式，因?yàn)槊嬖嚨臅r(shí)候先來一個(gè)簡(jiǎn)單的，并且喜歡面設(shè)計(jì)模式相關(guān)的題目，而且，在常用的設(shè)計(jì)模式中，Singleton是比較簡(jiǎn)單的，而且可以通過簡(jiǎn)潔的代碼來實(shí)現(xiàn)。所有Singleton是常見的面試題目。

以下解題思路

• 由于只生成一個(gè)實(shí)例，我們可以將構(gòu)造方法設(shè)置成私有構(gòu)造，使得其他方法無(wú)法通過實(shí)例創(chuàng)建。我們可以定義一個(gè)靜態(tài)實(shí)例，在需要的時(shí)候創(chuàng)建該實(shí)例，如下思路：

解法一：只適用單線程

//不好解法一 /*** @author liaojiamin* @Date:Created in 10:18 2020/10/27*/ public class Singleton {private Singleton(){}public static Singleton singleton = null;public static Singleton getInstance(){if(null == singleton){singleton = new Singleton();}return singleton;} }

• 分析，以上代碼是在不考慮并發(fā)的情況下的簡(jiǎn)單單例模式，從下面幾點(diǎn)來保證了得到的實(shí)例是唯一的：
  • 靜態(tài)實(shí)例：帶有static關(guān)鍵字的熟悉在每個(gè)類中都是唯一的（在class文件被加載到j(luò)vm中的準(zhǔn)備階段，方法區(qū)為這些類變量進(jìn)行內(nèi)存分配，并且進(jìn)行初始化。比如被static修飾的字段。非static修飾屬性會(huì)在類實(shí)例化時(shí)候在對(duì)內(nèi)存中分配存儲(chǔ)空間。因此類變了在class文件被加載的時(shí)候才有，并不受實(shí)例化的影響）
  • 私有構(gòu)造方法限制客戶通過實(shí)例創(chuàng)建
  • 提供getInstance唯一入口
• 以上代碼存在并發(fā)問題，用如下方法進(jìn)行檢測(cè)：

/*** @author liaojiamin* @Date:Created in 14:44 2020/10/27*/ public class TestSingletonRunnableMain {private Boolean lock;public Boolean getLock() {return lock;}public void setLock(Boolean lock) {this.lock = lock;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Long startTime = System.currentTimeMillis();int num = 100;final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(num);final Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<String>());ThreadFactory nameThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("nameThreadFactory-01").build();ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(100, 100, 1,TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100), nameThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());for (int i = 0; i < num; i++) {executorService.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {cyclicBarrier.await();Singleton singletonThree = Singleton.getInstance();set.add(singletonThree.toString());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}});}Thread.sleep(2000);System.out.println("in more thread get singleton");for (String s : set) {System.out.println(s);}executorService.shutdown();} } //輸出： //in more thread get singleton //com.ljm.resource.math.Singleton@53fe75ec //com.ljm.resource.math.Singleton@4eba943c

解法二：并發(fā)安全，但是效率低

/*** @author liaojiamin* @Date:Created in 14:33 2020/10/27*/ public class SingletonOne {private SingletonOne(){}public static SingletonOne singletonOne;public static SingletonOne getInstance(){synchronized (SingletonOne.class){if(null == singletonOne){singletonOne = new SingletonOne();}return singletonOne;}} }

• 區(qū)別在于獲取對(duì)象時(shí)，用synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行加鎖，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行，等第一個(gè)線程創(chuàng)建完時(shí)間后。第一個(gè)線程釋放同步鎖，此時(shí)第二個(gè)線程可以加上同步鎖，并允許接下來的代碼。這個(gè)時(shí)候，實(shí)例已經(jīng)被第一個(gè)線程創(chuàng)建，所以第二個(gè)線程不會(huì)再重復(fù)創(chuàng)建實(shí)例，保證得到的是同一個(gè)實(shí)例（synchronized加鎖是一個(gè)非常耗時(shí)的操作，應(yīng)該盡量避免）

可行的解法：加同步鎖前后兩次判斷

• 我們可以優(yōu)化以上方法，只在我們需要的時(shí)候鏡像同步鎖，如下。

/*** @author liaojiamin* @Date:Created in 14:38 2020/10/27*/ public class SingletonTwo {private SingletonTwo(){}public static SingletonTwo singletonTwo;public static SingletonTwo getInstance(){if(null == singletonTwo){synchronized (SingletonOne.class){if(null == singletonTwo){singletonTwo = new SingletonTwo();}}}return singletonTwo;} }

• 以上SingletonTwo中只有instance為null的時(shí)候，才需要加鎖。當(dāng)instance已經(jīng)創(chuàng)建出來后，無(wú)須加鎖。因?yàn)橹挥械谝淮蝘nstance為null，所以執(zhí)行的結(jié)果就是只有第一次的時(shí)候才會(huì)加鎖，其他時(shí)候都無(wú)需鎖，所有效率高得多。
• 兩次判斷的原因：
  • 假設(shè)我們?nèi)サ敉綁K中的是否為null的判斷，有這樣一種情況，假設(shè)A線程和B線程都在同步塊外面判斷了synchronizedSingleton為null，結(jié)果A線程首先獲得了線程鎖，進(jìn)入了同步塊，然后A線程會(huì)創(chuàng)造一個(gè)實(shí)例，此時(shí)synchronizedSingleton已經(jīng)被賦予了實(shí)例，A線程退出同步塊，直接返回了第一個(gè)創(chuàng)造的實(shí)例，此時(shí)B線程獲得線程鎖，也進(jìn)入同步塊，此時(shí)A線程其實(shí)已經(jīng)創(chuàng)造好了實(shí)例，B線程正常情況應(yīng)該直接返回的，但是因?yàn)橥綁K里沒有判斷是否為null，直接就是一條創(chuàng)建實(shí)例的語(yǔ)句，所以B線程也會(huì)創(chuàng)造一個(gè)實(shí)例返回，此時(shí)就造成創(chuàng)造了多個(gè)實(shí)例的情況。

推薦的解法：利用靜態(tài)屬性

/*** @author liaojiamin* @Date:Created in 14:40 2020/10/27*/ public class SingletonThree {private SingletonThree(){}private static SingletonThree singletonThree = new SingletonThree();public static SingletonThree getInstance(){return singletonThree;} }

• SingletonThree實(shí)現(xiàn)的方式簡(jiǎn)潔。我們初始化靜態(tài)變量singletonThree 時(shí)候創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例。由于Java是在類加載的時(shí)候在方法區(qū)對(duì)靜態(tài)屬性分配內(nèi)存，并且只初始化一次，這樣我們就能保證只初始化一次singletonThree 。
• 因?yàn)镾ingletonThree 中singletonThree 的初始化并不是調(diào)用getInstance的時(shí)候創(chuàng)建的，而且在類加載的時(shí)候就已經(jīng)創(chuàng)建，我們使用的時(shí)候調(diào)用getInstance方法他其實(shí)是不會(huì)創(chuàng)建新的實(shí)例，所有他會(huì)提前創(chuàng)建好實(shí)例，不管你之后是否需要

最優(yōu)的解法：實(shí)現(xiàn)按需創(chuàng)建實(shí)例

/*** @author liaojiamin* @Date:Created in 15:45 2020/10/27*/ public class SingletonFour {private SingletonFour(){}private static class SingletonInstance{static SingletonFour singletonFour = new SingletonFour();}public static SingletonFour getInstance(){return SingletonInstance.singletonFour;} }

• SingletonFour 中我們定義了一個(gè)私有的內(nèi)部類SingletonInstance我們利用：**內(nèi)部靜態(tài)類不會(huì)自動(dòng)初始化，只有調(diào)用靜態(tài)內(nèi)部類的方法，靜態(tài)域，或者構(gòu)造方法的時(shí)候才會(huì)加載靜態(tài)內(nèi)部類。**的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的此處的單例
• 由于靜態(tài)內(nèi)部類是私有的，只有我們?cè)谡{(diào)用getInstance方法的時(shí)候被用到，因此當(dāng)我們?cè)噲D通過屬性SingletonFour .getInstance得到SingletonFour 時(shí)候，會(huì)自動(dòng)調(diào)用內(nèi)部類SingletonInstance的靜態(tài)構(gòu)造方法創(chuàng)建實(shí)例，并初始化內(nèi)部類中的靜態(tài)變量 singletonFour

解法比較

• 以上五種實(shí)現(xiàn)方案中，第一張方法在多線程環(huán)境中不能正常工作，第二種線程安全的方法但是實(shí)際效率低下，都不是我們所期待的可運(yùn)行的解法。第三種方法中，我們通過兩次判斷加一次鎖確保在多線程環(huán)境能高效運(yùn)轉(zhuǎn)。第四種利用java靜態(tài)屬性的特性，確保值創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例。第五種方法利用私有嵌套類型的特性，做到只在真正需要的時(shí)候才創(chuàng)建實(shí)例，提高空間使用率。第五種解法是最優(yōu)解。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构与算法--实现Singleton模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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