【线程】——单例模式

单例模式定义
它是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为，他的作用是确保某个类只有一个实例，避免产生多个对象消耗过多的资源

为什么要用单例模式?
1、单例模式节省公共资源

比如：大家都要喝水，但是没必要每人家里都打一口井是吧，通常的做法是整个村里打一个井就够了，大家都从这个井里面打水喝。

对应到我们计算机里面，像日志管理、打印机、数据库连接池、应用配置。

2、单例模式方便控制

就像日志管理，如果多个人同时来写日志，你一笔我一笔那整个日志文件都乱七八糟，如果想要控制日志的正确性，那么必须要对关键的代码进行上锁，只能一个一个按照顺序来写，而单例模式只有一个人来向日志里写入信息方便控制，避免了这种多人干扰的问题出现。

单例模式优缺点
优点：系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

缺点：可读性差，当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。单例模式中在使用反射时，对象也可能不唯一，所以我们要注意不要认定单例模式唯一是其好处，从而生成刻板印象

适用场合

需要频繁的进行创建和销毁的对象
创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
工具类对象或者频繁访问数据库或文件的对象。

单例模式的实现步骤：

（1）将构造方法私有化，使其不能在类的外部通过new关键字实例化该类对象。

（2）在该类内部产生一个唯一的实例化对象，并且将其封装为private static类型。

（3）定义一个静态方法返回这个唯一对象。

注意事项：
单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。

单例模式的实现方式有两种：1.饿汉模式 2.懒汉模式

1.饿汉模式

/*** 单例模式——饿汉模式*/
public class ThreadDemo14 {static class Singleton{//将构造函数设置为私有，因为单例对象的类只能允许一个实例存在private Singleton(){}//设置一个私有属性，其实就是它的实例private static Singleton instance = new Singleton();//提供统一的获取实例的方法public static Singleton getSingleton(){return instance;}}public static void main(String[] args) {Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();//如果返回true说明是同一个实例，如果返回false，则说明有多个对象System.out.println(singleton1 == singleton2);}
}

代码分析：

饿汉式顾名思义，就是这个汉子很饿，一上来就把单例对象创建出来了，要用的时候直接返回即可，这种是单例模式中最简单的一种实现方式。但是问题也比较明显。单例在还没有使用到的时候，初始化就已经完成了。如果程序从头到位都没用使用这个单例的话，单例的对象还是会创建，这就造成了不必要的资源浪费。

2.懒汉模式(线程不安全)[不可用]

/*** 单例模式——懒汉模式*/
public class ThreadDemo15 {static class Singleton{//将构造函数设置为私有private Singleton(){}//设置一个私有属性，并且不会对它进行赋值private static Singleton instance = null;public static Singleton getInstance(){//对其进行判断，当为空的时候再去创建一个对象if(instance == null){instance = new Singleton();}return instance;}}public static void main(String[] args) {//切记不能使用Singleton singleton1 = new Singleton(),这样之后来调用getInstance方法，// 因为一旦new就会产生新的对象Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();System.out.println(singleton1 == singleton2);}
}

优点：如果真实使用的情况下才会创建资源，如果没人调用就可以省略创建的对象的步骤了

注意：
这种写法起到了懒加载的效果，但只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了 if (instance == null) 判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

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饿汉模式和懒汉模式的线程安全问题

（一个线程）单线程是不存在线程安全的
首先要知道影响线程安全的五个因素：
a）抢占式
b）多个线程修改同一个变量
c）内存可见性
d）原子性
e）编译器优化

而这里面我们从原子性的角度去分析
1.饿汉模式

2.懒汉模式

2.1.懒汉模式（线程安全，但是不推荐使用）

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2.2.懒汉模式（同步代码块，线程安全，但是不可用）

但是这种同步并不能起到线程同步的作用。假如一个线程进入了 if (instance == null) 判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。

2.3.懒汉模式双重校验锁
双检索模式，进行了两次判断，第一次判断时为了避免不要的实例，第二次是为了进行线程同步，避免多线程问题。
由于 new Singleton（）创建对象的时候jvm中可能会重新排序，在多线程下存在风险，使用volatile关键字可以当线程改变其值后通知其他线程改变并且不会被jvm重新排序,解决该问题。

static class Singleton{private Singleton(){}private static volatile Singleton instance = null;public static Singleton getInstance(){if(instance == null){synchronized (Singleton.class){//这里再加一层判断if(instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;}}

这种方式跟饿汉式方式都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程，不同的地方在饿汉式方式是只要 Singleton 类被装载就会实例化，没有懒加载的作用，而静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。这种方法，避免了线程不安全，延迟加载，效率高。
类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。