題目：設計一個類，我們只生成該類的一個實例。

• 只生成一個實例的類就是實現Singleton（單例）模式的類型。本題其實主要考察我們設計模式，因為面試的時候先來一個簡單的，并且喜歡面設計模式相關的題目，而且，在常用的設計模式中，Singleton是比較簡單的，而且可以通過簡潔的代碼來實現。所有Singleton是常見的面試題目。

以下解題思路

• 由于只生成一個實例，我們可以將構造方法設置成私有構造，使得其他方法無法通過實例創建。我們可以定義一個靜態實例，在需要的時候創建該實例，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的情況下的簡單單例模式，從下面幾點來保證了得到的實例是唯一的：
  • 靜態實例：帶有static關鍵字的熟悉在每個類中都是唯一的（在class文件被加載到jvm中的準備階段，方法區為這些類變量進行內存分配，并且進行初始化。比如被static修飾的字段。非static修飾屬性會在類實例化時候在對內存中分配存儲空間。因此類變了在class文件被加載的時候才有，并不受實例化的影響）
  • 私有構造方法限制客戶通過實例創建
  • 提供getInstance唯一入口
• 以上代碼存在并發問題，用如下方法進行檢測：

/*** @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;}} }

• 區別在于獲取對象時，用synchronized關鍵字進行加鎖，同一時刻只能有一個線程執行，等第一個線程創建完時間后。第一個線程釋放同步鎖，此時第二個線程可以加上同步鎖，并允許接下來的代碼。這個時候，實例已經被第一個線程創建，所以第二個線程不會再重復創建實例，保證得到的是同一個實例（synchronized加鎖是一個非常耗時的操作，應該盡量避免）

可行的解法：加同步鎖前后兩次判斷

• 我們可以優化以上方法，只在我們需要的時候鏡像同步鎖，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的時候，才需要加鎖。當instance已經創建出來后，無須加鎖。因為只有第一次instance為null，所以執行的結果就是只有第一次的時候才會加鎖，其他時候都無需鎖，所有效率高得多。
• 兩次判斷的原因：
  • 假設我們去掉同步塊中的是否為null的判斷，有這樣一種情況，假設A線程和B線程都在同步塊外面判斷了synchronizedSingleton為null，結果A線程首先獲得了線程鎖，進入了同步塊，然后A線程會創造一個實例，此時synchronizedSingleton已經被賦予了實例，A線程退出同步塊，直接返回了第一個創造的實例，此時B線程獲得線程鎖，也進入同步塊，此時A線程其實已經創造好了實例，B線程正常情況應該直接返回的，但是因為同步塊里沒有判斷是否為null，直接就是一條創建實例的語句，所以B線程也會創造一個實例返回，此時就造成創造了多個實例的情況。

推薦的解法：利用靜態屬性

/*** @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實現的方式簡潔。我們初始化靜態變量singletonThree 時候創建一個實例。由于Java是在類加載的時候在方法區對靜態屬性分配內存，并且只初始化一次，這樣我們就能保證只初始化一次singletonThree 。
• 因為SingletonThree 中singletonThree 的初始化并不是調用getInstance的時候創建的，而且在類加載的時候就已經創建，我們使用的時候調用getInstance方法他其實是不會創建新的實例，所有他會提前創建好實例，不管你之后是否需要

最優的解法：實現按需創建實例

/*** @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 中我們定義了一個私有的內部類SingletonInstance我們利用：**內部靜態類不會自動初始化，只有調用靜態內部類的方法，靜態域，或者構造方法的時候才會加載靜態內部類。**的特點來實現的此處的單例
• 由于靜態內部類是私有的，只有我們在調用getInstance方法的時候被用到，因此當我們試圖通過屬性SingletonFour .getInstance得到SingletonFour 時候，會自動調用內部類SingletonInstance的靜態構造方法創建實例，并初始化內部類中的靜態變量 singletonFour

解法比較

• 以上五種實現方案中，第一張方法在多線程環境中不能正常工作，第二種線程安全的方法但是實際效率低下，都不是我們所期待的可運行的解法。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境能高效運轉。第四種利用java靜態屬性的特性，確保值創建一個實例。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候才創建實例，提高空間使用率。第五種解法是最優解。

下一篇: 數據結構與算法–數組：二維數組中查找

總結

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

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