剑指offer第二版-2.实现单例模式

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面试题2:实现单例模式

题目要求:
设计一个类,只能生成该类的一个实例。

package chapter2;
/**
 * Created by ryder on 2017/6/7.
 * 单例模式
 * 定义:指实现了特殊模式的类,该类仅能被实例化一次,产生唯一的一个对象
 * 应用举例:windows的任务管理器,回收站,web应用的配置对象,spring中的bean默认也是单例
 * 分类:饿汉式,懒汉式,双检锁,静态内部类,枚举
 * 评价指标有:单例(必须),线程安全,延迟加载,防止反序列化产生新对象,防止反射攻击
 * 实现方法的选择:一般情况下直接使用饿汉式就好了,要求延迟加载时倾向于用静态内部类,涉及到反序列化创建对象或反射问题最好选择枚举
 */
public class P32_Singleton {
    public static void main(String[] args){
        //调用方式
        Singleton1 singleton1 = Singleton1.getInstance();
        Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance();
        Singleton3 singleton3 = Singleton3.getInstance();
        Singleton4 singleton4 = Singleton4.getInstance();
        Singleton5 singleton5 = Singleton5.getInstance();
        Singleton6 singleton6 = Singleton6.getInstance();
        Singleton7 singleton7 = Singleton7.instance;
        singleton7.setAttribute("aaa");
    }
}

//版本一:饿汉式
//特点:线程安全;在类初始化执行到静态属性时就分配了资源,有资源浪费问题;
class Singleton1{
    //或者将私有静态final成员设为公有成员,可省去getInstance公有函数
    private static final Singleton1 instance = new Singleton1();
    private Singleton1(){}
    public static Singleton1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

//版本二:懒汉式(非线程安全)
//特点:在第一次调用获取实例方法时分配内存,实现了懒加载;非线程安全;
class Singleton2{
    private static Singleton2 instance= null;
    private Singleton2(){}
    public static Singleton2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

//版本三:懒汉式变种(synchronized同步方法,支持多线程)
//特点:线程安全;synchronized而造成的阻塞致使效率低,而且很多的阻塞都是没必要的。
class Singleton3{
    private static Singleton3 instance = null;
    private Singleton3(){}
    public static synchronized Singleton3 getInstance(){
        if(instance == null)
            instance = new Singleton3();
        return instance;
    }
}

//版本四:懒汉式变种(synchronized同步块,支持多线程)
//特点:写法不同,但与版本三有一样的问题
class Singleton4{
    private static Singleton4 instance = null;
    private Singleton4(){}
    public static Singleton4 getInstance(){
        synchronized(Singleton4.class) {
            if (instance == null)
                instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

//版本五:双检锁DCL,支持多线程-懒汉式
//特点:线程安全;多进行一次if判断,加入volatile修饰,优点是只有在第一次实例化时加锁,之后不会加锁,提升了效率,缺点写法复杂
//不加入volatile,可能出现第一个if判断不为null,但还并未执行构造函数的情况,因为java编译器会进行指令重排;
//volatile的两大作用:
//1防止编译器对被修饰变量相关代码进行指令重排;2读写操作都不会调用工作内存而是直接取主存,保证了内存可见性
//指令重排:
//instance = new Singleton5()可主要分为三步:1分配内存,2调用构造函数,3instance指向被分配的内存(此时instance不为null了)
//正常顺序为123,指令重排可能执行顺序为132,会造成已不为null但未执行构造函数的问题
//内存可见性:
//如果字段是被volatile修饰的,Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令,在读操作前插入一个读屏障指令。
//这意味着:1一旦完成写入,任何访问这个字段的线程将会得到最新的;2在写入前,任何更新过的数据值是可见的,因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
//因此volatile可提供一定的线程安全,但不适用于写操作依赖于当前值的情况,如自增,自减
//简单来说,volatile适合这种场景:一个变量被多个线程共享,线程直接给这个变量赋值。
//还能在双检锁上进行优化,引入一个局部变量,但个人觉得效率提成并不大,不再赘述。
//volatile参考:http://blog.csdn.net/qq_29923439/article/details/51273812
class Singleton5{
    private volatile static Singleton5 instance = null;
    private Singleton5(){}
    public  static Singleton5 getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (Singleton5.class){
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

//版本六:静态内部类,支持多线程-懒汉式
//特点:利用静态内部类(只有在出现它的引用时才被加载),完成懒加载;final保证线程安全;
//类的加载顺序:http://blog.csdn.net/u012123160/article/details/53224469
//final的作用:
//1. 在构造函数内对一个final域的写入,与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量,这两个操作之间不能重排序。
//2. 初次读一个包含final域的对象的引用,与随后读这个final域,这两个操作之间不能重排序。
//扩展:static变量初始化遵循以下规则:
//1.静态变量会按照声明的顺序先依次声明并设置为该类型的默认值,但不赋值为初始化的值。
//2.声明完毕后,再按声明的顺序依次设置为初始化的值,如果没有初始化的值就跳过。
//static变量初始化参考:http://www.jb51.net/article/86629.htm
class Singleton6{
    private Singleton6(){}
    public static Singleton6 getInstance(){
        return Singleton6Holder.instance;
    }
    private static class Singleton6Holder{
        public static final Singleton6 instance = new Singleton6();
    }
}

//版本七:通过枚举实现
//一个完美的单例需要做到:单例,懒加载,线程安全,防止反序列化产生新对象,防止反射攻击
//而枚举的特性保证了以上除了懒加载以外的所有要求,而且实现代码及其简单
//Enum的单例模式参考:http://www.jianshu.com/p/83f7958b0944
enum Singleton7{
    instance;
    private String attribute;
    void setAttribute(String attribute){
        this.attribute = attribute;
    }
    String getAttribute(){
        return this.attribute;
    }
}

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