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設計模式 單例模式

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摘要：單例模式確保一個類只有一個實例，而且自動實例化并向整個系統提供這個實例。將構造函數設置為私有的，防止外界出該類的實例，從而失去了單例的意義。這種實現的單例模式是最簡單的，同時多個線程操作該單例時也不會有問題。這就違反了單例模式。

單例模式

確保一個類只有一個實例，而且自動實例化并向整個系統提供這個實例。

實現 餓漢式

很簡單。

將構造函數設置為私有的，防止外界new出該類的實例，從而失去了單例的意義。

設置類的私有靜態變量，同時新建單例對象。

添加共有靜態方法獲取該單例。

該種方法的缺點是在類加載時就進行實例化，但是相較于其簡單易用來說，這點缺點個人認為影響不大。

package com.mengyunzhi;

/**
 * @author zhangxishuo on 2018/6/18
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

這種實現的單例模式是最簡單的，同時多個線程操作該單例時也不會有問題。

package com.mengyunzhi;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
            System.out.println("Singleton1：" + singleton1);
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println("Singleton2：" + singleton2);
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

注：打印時調用toString方法，因為沒有重寫toString，調用Object類中的toString，所以打印該對象的類名加哈希值。

我們看到控制臺中打印的兩個對象地址都是89ae60d，表示同一塊內存，即表示多線程時該實現方法仍能實現單例。

線程競爭

我們調用的順序明明是thread1的start，然后thread2再start，但是為什么控制臺打印的順序卻是單例2和單例1呢？

這兩個線程會競爭處理器的資源，這里打印的順序是單例2、單例1，說明處理器處執行線程時，先執行完thread2線程，后執行完thread1線程。這兩個線程可能是同時執行，也可能是來回切換執行，這取決于處理器的核心與線程。

代碼講解

函數式接口

Thread類的構造函數接收的是一個Runnable接口類型的參數，所以之前創建線程的代碼長這樣。

Thread myThread = new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {

    }
});

看下面的代碼，因為Runnable接口只有一個抽象的run方法需要去實現，所以就不需要去@Override聲明我要實現run方法，直接傳一個函數體不就可以嗎？這就是函數式接口。

package java.lang;

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

lamda表達式

相信很多人都聽說過lamda表達式，但是總是覺得這個很高大上，其實我們接觸過lamda表達式，只是沒有注意到。

self.init = function() {

};

在JavaScript的世界里，我們可以將一個函數傳來傳去。

self.init = () => {

};

然后人們發現，寫function太麻煩了，他們發明了箭頭函數。用這種寫法代替一個函數。

那Java為什么不可以？

如果剛剛的代碼這么寫，那你應該瞬間就明白了。

Runnable runnable = () -> {
    Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
    System.out.println("Singleton1：" + singleton1);
};
Thread thread1 = new Thread(runnable);
懶漢式

這是懶漢式的寫法，當需要這個實例的時候，再去新建實例。

package com.mengyunzhi;

/**
 * @author zhangxishuo on 2018/6/18
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

但是這是這種寫法是線程不安全的，我們再運行一下主函數中多個線程同時訪問單例的方法。

上次向晨澍請教：StringBuffer線程安全，StringBuilder線程不安全。既然有的類線程安全，有的類線程不安全？那為什么不都用線程安全的呢？

答案就是：為了實現線程安全，系統需要額外的開銷。所以有些不需要多線程的，使用線程不全的類，通常會提高速度。

假設我們的處理器支持多個線程并行處理，當多個線程同時訪問時，thread1獲取實例，然后判斷if (instance == null)，創建實例；另一個線程同時執行，instance依然是空，然后thread2調用getInstance時又創建了一個實例。這就違反了單例模式。

synchronized

解決該問題的方案就是用synchronized修飾該代碼塊。

音標：["s??kr?na?zd]

只允許一個線程訪問synchronized修飾的代碼塊，其他線程會被阻塞，等待該線程執行完再執行。

synchronized public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

應該是線程2先執行完的，所以我們猜測就是：線程2競爭到處理器資源，然后去訪問getInstance()方法，因為筆者屬于多核多線程處理器，支持線程并行執行，當線程2訪問getInstance()代碼塊時，因為有synchronized修飾，所以線程1會被阻塞，等待線程2執行完再才能訪問該代碼塊。

線程2執行完創建實例，線程1可以訪問該代碼塊，發現instance不為空，直接返回。

使用場景

頻繁new然后銷毀的對象，降低了內存開支。

當一個對象的產生需要較多資源時，如讀取配置，可以將其設置為單例，在應用啟動時產生一個單例對象常駐內存。

單例是同一個對象，可以用該單例設置項目配置，用于幾個模塊之間共享。

擴展：多線程學習 為什么要使用多線程？

摩爾定律

每18個月，芯片的性能將提高一倍。

單核心

十幾年前，那時還是單核的時代，各大廠商做出主頻越來越高的處理器。

但是主頻越高，意味著芯片中需要的晶體管越多，功耗越大，散熱越多，當一定程度熱量就會燒壞芯片。

為什么CPU的頻率止步于4G?我們觸到頻率天花板了嗎？

2004年秋，Intel的CEO公開對取消4GHz芯片的計劃道歉。

這是Intel酷睿i7 8700K的參數，主頻僅有3.70GHz，十幾年過去了，我們依然停留在4GHz。

多核心

但是，為了滿足不斷增長的用戶需求，雖然無法提升單個核心的時鐘頻率，但是廠商利用多核心實現了芯片的性能提升。

這是Intel官網對i7 8700K的描述，6核心12線程。也就是說這個處理器有6個物理核心，因為超線程技術，可以模擬出12個邏輯核心，即可以同時處理12個線程任務。

超線程就是利用處理器剩余的資源模擬出一個新的核心，用于提高處理器的利用率。

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