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【面试篇】手写单例模式及原理剖析

网友: 文档中心 2022-05-11 13:27:45

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文章目录

  • 一、什么是单例模式
  • 二、哪些地方用到了单例模式
  • 三、单例模式的优缺点
  • 四、手写单例模式
    • 🙂饿汉式
    • 🤤枚举饿汉式
    • 😪DCL懒汉式
    • 😴双检锁懒汉式
    • 🤕内部类懒汉式
  • ⛵小结

一、什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。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。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意

  • 单例模式只能由一个实例对象
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

二、哪些地方用到了单例模式

单例模式经常用在需要一个实例的程序中，例如

  1. Spring框架IOC容器就使用到了单例模式，默认创建对象的时候为单例模式
  2. ResultBean 后端统一返回给前端的封装类，这个在项目中是唯一的，只用一个对象进行返回JSON给前端进行渲染

JDK中也有单例模式的身影，例

  • Runtime 体现了饿汉式单例
  • Console 体现了双检锁懒汉式单例
  • Collections 中的 EmptyNavigableSet 内部类懒汉式单例
  • ReverseComparator.REVERSE_ORDER 内部类懒汉式单例
  • Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE 枚举饿汉式单例

三、单例模式的优缺点

优点

  1. 提供了对唯一实例的访问
  2. 可以节约系统资源，提高系统的性能，减少不必要的内存开销
  3. 允许可变数目的实例（多例类）

缺点

  1. 扩展困难（缺少抽象层）
  2. 单例类的职责过重
  3. 由于自动垃圾回收机制，可能会导致共享的单例对象的状态丢失

四、手写单例模式

🙂饿汉式

package com.wanshi.single;//饿汉式单例public class Hungry {    //会造成资源浪费，占用CPU    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];    private Hungry() { System.out.println("Hungry init...");    }    private static Hungry hungry = new Hungry();    public static Hungry getInstance() { return hungry;    }}class Test {public static void main(String[] args) { Hungry hungry = Hungry.getInstance(); Hungry hungry2 = Hungry.getInstance(); System.out.println(hungry); System.out.println(hungry2);    }}

🤤枚举饿汉式

package com.wanshi.single;import java.lang.reflect.Constructor;// enum 是一个class类public enum EnumSingle {    INSTANCE;    public static EnumSingle getInstance() { return INSTANCE;    }}class Test {    public static void main(String[] args) throws Exception{ EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE; Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class); declaredConstructor.setAccessible(true); EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance(); System.out.println(instance1); System.out.println(instance2);    }}

在这里自行下载jad编译工具即可
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枚举类最后反编译源码
jad工具反编译

jad -sjava EnumSingle.class

// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html// Decompiler options: packimports(3) // Source File Name:   EnumSingle.javapackage com.wanshi.single;public final class EnumSingle extends Enum{    public static EnumSingle[] values()    { return (EnumSingle[])$VALUES.clone();    }    public static EnumSingle valueOf(String name)    { return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/wanshi/single/EnumSingle, name);    }    private EnumSingle(String s, int i)    { super(s, i);    }    public static EnumSingle getInstance()    { return INSTANCE;    }    public static final EnumSingle INSTANCE;    private static final EnumSingle $VALUES[];    static     { INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0); $VALUES = (new EnumSingle[] {     INSTANCE });    }}

😪DCL懒汉式

package com.wanshi.single;public class Lazy {    private static Lazy lazy;    public static Lazy getInterface() { synchronized (Lazy.class) {     if (lazy == null) {  lazy = new Lazy();     } } return lazy;    }    public static void main(String[] args) { Lazy lazy = Lazy.getInterface(); Lazy lazy2 = Lazy.getInterface(); System.out.println(lazy); System.out.println(lazy2);    }}

😴双检锁懒汉式

package com.wanshi.single;import java.lang.reflect.Constructor;import java.lang.reflect.Field;public class LazyMan {    private static boolean flag = false;    private LazyMan() { synchronized (this) {     if (!flag) {  flag = true;     } else {  throw new RuntimeException("不要试图通过反射破坏对象");     } }    }    private volatile static LazyMan lazyMan;    //双重检查锁，懒汉式（DCL懒汉式）    public static LazyMan getInstance() { if (lazyMan == null) {     synchronized (LazyMan.class) {  if (lazyMan == null) {      //不是原子性操作，1.分配内存空间，2.执行构造方法，3.把对象指向这个空间 指令重排可能会发生   加上volatile关闭指令重排      lazyMan = new LazyMan();  }     } } return lazyMan;    }    public static void main(String[] args) throws Exception {// LazyMan lazyMan1 = LazyMan.getInstance(); Field flag = LazyMan.class.getDeclaredField("flag"); flag.setAccessible(true); Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null); declaredConstructor.setAccessible(true); LazyMan lazyMan1 = declaredConstructor.newInstance(); flag.set(lazyMan1, false); LazyMan lazyMan2 = declaredConstructor.newInstance(); System.out.println(lazyMan1); System.out.println(lazyMan2);    }}

为什么要使用 volatile 关键字呢
不是原子性操作
1.分配内存空间，2.执行构造方法，3.把对象指向这个空间
指令重排可能会发生 加上volatile关闭指令重排

🤕内部类懒汉式

package com.wanshi.single;public class Holder {    private Holder() {    }    public static class InnerClass { private static final Holder HOLDER = new Holder();    }}

案例全部通过测试！

⛵小结

以上就是【Bug 终结者】对手写单例模式及原理剖析的讲解，单例模式共有5种创建方式，分别为饿汉式、DCL懒汉式、双检锁懒汉式、Enum枚举饿汉式，内部类懒汉式，这几种方式要掌握，项目中对于全局唯一的对象将其封装为单例模式，开箱即用，非常方便，以及面试中，会让手写单例模式，可谓是大厂必备！

如果这篇【文章】有帮助到你，希望可以给【Bug 终结者】点个赞👍，创作不易，如果有对【后端技术】、【前端领域】感兴趣的小可爱，也欢迎关注❤️❤️❤️ 【Bug 终结者】❤️❤️❤️，我将会给你带来巨大的【收获与惊喜】💝💝💝！

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