【通俗易懂】一天一个设计模式—-单例模式qq45085030的博客-

文章目录

前言
正文—-什么是单例模式?
———-有趣的小猪抢蛋糕
———-单例模式

前言

设计模式代表了前人的最佳实践，在水平达到了一定的层级之后，总是要接触设计模式的。本文旨在使用通俗易懂的例子，帮助初学者理解单例模式。

什么是单例模式？

单例模式顾名思义，一个类仅能有一个实例。所以他的对象不能被手动实例化（就无法保证只有一个实例），而是由该类创建，并提供访问实例对象的方法。

有趣的小猪抢蛋糕

从前有一群笨笨的小猪🐖,总共100头吧。

小猪的饮食很规律，吃饭前，如果桌子上没有蛋糕，第一头小猪申请100个小蛋糕放到桌子上，然后自己拿一个。如果桌子上有蛋糕，其他小猪只需要拿蛋糕就可以了，不需要再次申请。

• Day1饲养员上班第一天，做蛋糕比较懒（懒汉模式），小猪申请完之后，需要等一会，才会把蛋糕放到桌子上。

  好多小猪同时到达饲养员身边，同时申请100个蛋糕，最后饲养员拿出了上千个蛋糕，猪圈公司损失惨重，饲养员被扣工资。

  Day2
  第二天，饲养员多了一个心眼，小猪先排队（加锁）。等第一个小猪申请完，并且等他把蛋糕放到桌子上，然后小猪依次排队一个个拿。这次蛋糕没有损失，但是效率很低。

  Day3
  第三天，饲养员发现效率还可以提高，一旦蛋糕放到了桌子上，小猪们就没必要排队，直接一人拿一个就可以了。但是在桌子上没有蛋糕时，还是要控制一下，第一个小猪申请完，此时桌子上并没有蛋糕（饲养员太懒了），其他小猪还会继续申请，这时候饲养员会告诉剩下的小猪蛋糕正在做，不用继续申请了。等到桌子上有了蛋糕，就不用告诉他们了。效率很高。

  Day4
  第四天，饲养员发现自己还是太懒了，变得勤快了（饿汉模式），他提前把蛋糕做好，然后提前放在桌子上，这样也就没有了小猪同时申请几千个蛋糕以及排队等待的情况了。

单例模式

我们从小猪抢蛋糕的故事来理解单例模式，饲养员做蛋糕的方式（懒惰或者勤快）对应我们两种方法（懒汉模式和饿汉模式）。

懒汉模式：（需要创建类我才创建，不需要创建我就不创建）

public class Cake{ private static Cake cake; //蛋糕实例 private Cake(){}; //构造方法 public static Cake getHundredCake() { //获取100个蛋糕 if (cake == null) { //如果桌子上没有蛋糕         cake = new Cake(); } return cake; } } 

饿汉模式: （不管你需不需要，我都先创建一个实例对象)

public class Cake{ private static Cake cake = new Cake(); //提前创建蛋糕实例 private Cake(){}; //构造方法 public static Cake getHundredCake() { //获取100个蛋糕 return cake; } } 

在这里，线程就是我们的小猪，同时争抢的情况就是多线程冲突，不难发现饿汉模式对应饲养员第四天的情况，在饿汉模式下，对象实例已经被提前创建，牺牲了内存空间，但是解决了线程安全的问题，是线程安全的实现。

现在我们看一下懒汉模式，不难发现懒汉模式对应饲养员第一天的情况，在多线程情况下，多个线程同时申请创建实例，这样就创建了多个对象实例，不符合我们的单例设计模式。
比如下面的代码

if (cake == null) { //如果桌子上没有蛋糕         cake = new Cake(); }  ） 

第一个线程产生了一个cake引用对象，但此时还没有创建实例对象（没有调用new Cake()方法），然后后面的线程都突破了判断语句的屏障，都来实例化对象，对应于小猪同时申请蛋糕。

有人可能说为什么不先调用new Cake()方法，这里设计到一个指令重排的问题，感兴趣的朋友查看相关资料。

那怎么解决线程不安全的问题呢？参考饲养员第二天的做法，可以使用synchronized关键字。

我们在拿蛋糕的时候进行排队处理，（对获取实例方法进行加锁）

public class Cake{ private static Cake cake; //蛋糕实例 private Cake(){}; //构造方法 public static synchronized Cake getHundredCake() { //获取100个蛋糕，加上synchronized关键字，保证同步 if (cake == null) { //如果桌子上没有蛋糕         cake = new Cake(); } return cake; } } 

我们也说了，这种方式虽然能保证线程安全，但是效率不是很高。

对于提高效率的方法，我们参考饲养员第三天的做法，只对申请蛋糕（创建实例）进行排队（加锁），对于拿蛋糕不做限制，（细化锁的粒度，只对创建实例的步骤加锁）

public class Cake{ private static Cake cake; //蛋糕实例 private Cake(){}; //构造方法 public static Cake getHundredCake() { //获取100个蛋糕 if (cake == null) { //如果桌子上没有蛋糕 synchronized (Singleton.class) { //排队申请蛋糕         cake = new Cake(); } } return cake; } } 

但是现在这样真的可以线程安全了吗？

我们可以看到在对象被实例化之前，可能有多个线程突破了判断语句的屏障，我们现在加的同步锁只能保证这几个线程是依次创建实例对象，并不能保证单例。

（我们继续参考饲养员第四天的做法——-第一个小猪申请完，此时桌子上并没有蛋糕（饲养员太懒了），其他小猪还会继续申请，这时候饲养员会告诉剩下的小猪蛋糕正在做，不用继续申请了。）

我们需要告诉其他小猪，蛋糕正在做，怎么告诉呢？

这里我们可以在锁内部（蛋糕放到桌子之前），再加一个判断（告诉其他小猪不必申请），代码如下：

public class Cake{ private volatile static Cake cake; //蛋糕实例 private Cake(){}; //构造方法 public static Cake getHundredCake() { //获取100个蛋糕 if (cake == null) { //如果桌子上没有蛋糕 synchronized (Singleton.class) { //排队申请蛋糕 if (cake == null) { //如果正在做，但是还没放到桌子上            cake = new Cake(); } } return cake; } } 

我们可以看到现在有了两个判断语句和一个同步锁，我们一般称为
双重检查锁double-checked locking

值得注意的是我们的coke对象前加了volatile关键字修饰，该关键字能够防止指令重排以及保证内内存可见性，加上他后可以更加保证线程安全，感兴趣的朋友查看相关资料。

希望大家看完此文能够对单例模式有一个比较清晰的认识，码字不易，尊重原创，转载请加入本文链接—查看原文。