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Java高频面试题分享（二）——手写单例模式

标签：

Java

面试题：手写单例模式

单例模式是最常用的设计模式之一，单代表唯一，例代表实例。

单例设计模式，即某个类在整个系统中只能有一个实例，对象可被获取和使用的代码模式。

例如：代表 JVM 运行环境的 Runtime 类。

可参考我的博客《设计模式-单例模式》

单例模式的要点：

某个类只能有一个实例
- 构造器私有化
类必须自行创建整个实例
- 含有一个该类的静态变量来保存这个唯一的实例
类必须自行向整个系统提供这个实例
- 对外提供获取该实例对象的方式

单例模式可以分为饿汉式和懒汉式两大类。

饿汉式：直接创建对象，不存在线程安全问题

1、直接实例化饿汉式（简洁直观）
2、静态代码块饿汉式（适合复杂实例化）
3、枚举式（最简洁）

懒汉式：延迟创建对象

4、线程不安全式（适用于单线程）
5、双重校验式，线程安全（适用于多线程）
6、静态内部类式（适用于多线程）

第一种形式的示例代码：

public class Singleton1 {
    public final static Singleton1 singleton = new Singleton1();

    private Singleton1() {

    }
}

第二种形式的示例代码：

适合复杂的初始化代码，如从配置文件中读取配置。

public class Singleton2 {
    public final static Singleton2 INSTANCE;
    static {
        INSTANCE = new Singleton2();
    }
    private Singleton2() {

    }
}

第三种形式的示例代码：

利用枚举类的特点，编译时创建单例对象。

public enum Singleton3 {
    INSTANCE
}

第四种形式的示例代码：

单线程下安全，进入 if 语句的线程可能不止一个。

public class Singleton4 {
    private static Singleton4 INSTANCE;

    private Singleton4() {

    }

    public static Singleton4 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            // 线程睡眠，便于多线程环境下测试
            // try {
            //    Thread.sleep(100);
            // } catch (InterruptedException e) {
            //    e.printStackTrace();
            // }
            INSTANCE = new Singleton4();
        }
        return INSTANCE;
    }
}

第五种形式的示例代码：

增加线程同步关键字，来避免上面单线程中创建多个对象的问题。

public class Singleton5 {
    private static Singleton5 INSTANCE;

    private Singleton5() {

    }

    public static Singleton5 getInstance() {
        // 缩小 synchronized 关键字的作用范围
        synchronized (Singleton4.class) {
            if (INSTANCE == null) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                INSTANCE = new Singleton5();
            }
        }

        return INSTANCE;
    }
}

优化版本：

使用双重校验，提高性能。

public class Singleton5 {
    private static Singleton5 INSTANCE;

    private Singleton5() {

    }

    public static Singleton5 getInstance() {
        // 第一次创建单例对象时需要保护，创建完成后就只需要判断一下就行了
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton4.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    INSTANCE = new Singleton5();
                }
            }
        }

        return INSTANCE;
    }
}

第六种形式的示例代码：

在内部类被加载和初始化时，创建单列对象，且只创建一次。

public class Singleton6 {
    private Singleton6() {

    }

    static class Inner {
        private static final Singleton6 INSTANCE = new Singleton6();
    }

    public static Singleton6 getInstance() {
        return Inner.INSTANCE;
    }
}

六种单例方式的测试代码：

public class TestSingleton {
    @Test
    public void testSingle01() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton1> call = new Callable<Singleton1>() {
            @Override
            public Singleton1 call() throws Exception {
                return Singleton1.INSTANCE;
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton1> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton1> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton1 s1 = f1.get();
        Singleton1 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // false，创建了多个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }

    @Test
    public void testSingle02() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton2> call = new Callable<Singleton2>() {
            @Override
            public Singleton2 call() throws Exception {
                return Singleton2.INSTANCE;
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton2> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton2> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton2 s1 = f1.get();
        Singleton2 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // false，创建了多个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }

    @Test
    public void testSingle03() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton3> call = new Callable<Singleton3>() {
            @Override
            public Singleton3 call() throws Exception {
                return Singleton3.INSTANCE;
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton3> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton3> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton3 s1 = f1.get();
        Singleton3 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // false，创建了多个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }

    @Test
    public void testSingle041() {
        // 单线程测试
        Singleton4 s1 = Singleton4.getInstance();
        Singleton4 s2 = Singleton4.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2); // true，只创建了一个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }

    @Test
    public void testSingle042() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton4> call = new Callable<Singleton4>() {
            @Override
            public Singleton4 call() throws Exception {
                return Singleton4.getInstance();
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton4> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton4> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton4 s1 = f1.get();
        Singleton4 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // false，创建了多个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }

    @Test
    public void testSingle05() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton5> call = new Callable<Singleton5>() {
            @Override
            public Singleton5 call() throws Exception {
                return Singleton5.getInstance();
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton5> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton5> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton5 s1 = f1.get();
        Singleton5 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // true，只创建了一个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }

    @Test
    public void testSingle06() throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 多线程测试
        Callable<Singleton6> call = new Callable<Singleton6>() {
            @Override
            public Singleton6 call() throws Exception {
                return Singleton6.getInstance();
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton6> f1 = executorService.submit(call);
        Future<Singleton6> f2 = executorService.submit(call);
        Singleton6 s1 = f1.get();
        Singleton6 s2 = f2.get();
        System.out.println(s1 == s2); // true，只创建了一个单例对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
        executorService.shutdown();
    }
}

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