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六、设计模式-6.1、单例模式

article 2024/9/27 8:57:11

6.1、单例模式

6.1.1、在Java中实现单例模式有哪些方法？

答：
在Java中，实现单例模式的常用方法有以下几种：

饿汉式单例模式：在类加载时就创建一个实例，并提供一个公共的静态方法获取实例。代码示例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式单例模式（线程安全）：在第一次调用获取实例的方法时创建实例，保证只有一个实例被创建。代码示例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式单例模式（双重检查锁定）：使用双重检查锁定来保证线程安全和性能。代码示例：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类单例模式（线程安全）：利用类加载的特性实现线程安全的懒加载。代码示例：

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

枚举单例模式：使用枚举类型来实现单例模式，枚举类型的实例只能被实例化一次。代码示例：

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 可以添加其他方法和属性
}

6.1.2、哪些情况下的单例对象可能会被破坏？

答：

多线程环境下的并发访问：如果多个线程同时调用getInstance()方法，可能会导致创建多个实例。
反射：通过反射机制可以访问私有构造方法，从而创建多个实例。
序列化和反序列化：如果单例类实现了Serializable接口，那么对象可以被序列化和反序列化，从而创建多个实例。
类加载器的不同：如果使用不同的类加载器加载同一个单例类，会创建多个实例。

6.1.3、在DCL单例写法中，为什么主要做两次检查？

答：
在DCL（Double-Checked Locking）单例写法中，主要进行两次检查是为了在高并发环境下确保线程安全性。假设只进行一次检查，那么在多线程环境下，可能会出现多个线程同时通过第一次检查，然后同时进入同步代码块，创建多个实例对象。

通过进行两次检查，可以避免这种情况发生。第一次检查主要是为了避免不必要的同步开销，只有当实例对象为空时，才需要进一步进行同步。第二次检查主要是为了避免在一个线程创建完实例对象后，另一个线程在获取锁之前进入同步代码块，从而避免重复创建实例对象。

因此，通过进行两次检查，可以在高并发环境下保证只有一个线程能够创建实例对象，从而实现线程安全的单例模式。

6.1.4、哪些情景不适合使用单例模式？

答：

需要使用多个不同实例的情景：单例模式只能创建一个实例，如果需要使用多个不同实例，就不适合使用单例模式。
对象的生命周期需要动态控制的情景：单例模式创建的实例一般在程序启动时就被创建，而且在整个程序运行期间都存在。如果需要根据运行时的条件来创建和销毁对象，或者需要在程序的不同阶段创建不同的实例，就不适合使用单例模式。
需要并发创建多个实例的情景：在多线程环境下，如果多个线程需要并发地创建多个实例，就不适合使用单例模式，因为单例模式只能创建一个实例。
对象依赖外部状态的情景：如果单例对象依赖外部状态，而且在不同的情况下需要使用不同的外部状态，就不适合使用单例模式。因为单例模式只能创建一个实例，无法根据外部状态的变化来动态地改变对象的行为。

6.1.5、哪些情形适合使用单例模式？

答：

需要确保系统中只有一个实例存在的情形：某些资源只能被一个实例使用，例如数据库连接池、线程池等。

示例：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolSingleton {

    private static ExecutorService instance;

    private ThreadPoolSingleton() {
        // 私有构造函数，防止外部创建实例
    }

    public static ExecutorService getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (ThreadPoolSingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = Executors.newFixedThreadPool(10);
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
上述代码使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来确保线程安全。
在getInstance方法中，首先进行一次检查，如果实例已经被创建了，则直接返回实例。
如果实例还未被创建，则获取锁，并再次检查实例是否已经被创建。
如果实例仍未被创建，则创建一个新的线程池实例，并将其赋值给instance变量。
这样，通过getInstance方法获取到的线程池对象始终是同一个实例，确保了线程池的单例性。