UML类图熟悉后，设计模式算是正式开篇了，下面我想先说下为啥要写设计模式专栏。

其实，对于一个已从业三年、还在持续打怪的同学，最普遍的建议是，学习重点应该放在代码重构、架构设计等方面。我认可这种说法，因为确实有一定的经验需要进阶了嘛。但同时，我也觉得不那么绝对，尤其最近在回顾到一些设计模式的书时，想做总结的想法愈发强烈。

所以我梳理了此次开设专栏的目的：

一、前几年自己忙于业务开发，代码基础和写作能力都是马马虎虎，想借此机会做些梳理、总结和提升；

二、最近重读设计模式，发现其实大部分设计模式在生产环境中使用的很少，所以很多人是看完就忘。我想，或许是我没有使用过，或许有些设计模式确实没有实战作用，总之，挖一下常见设计模式的应用场景，帮助自己、也帮助学习设计模式的同学做下总结。

网上讲解设计模式的文章其实很多，我只想从自己的观点出发去和大家聊一聊。

单例模式是什么

单例模式（Singleton Pattern），属于创建型模式的一种。使用单例模式可以确保在一个进程中，某个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

常见的UML类图如下：（工具：Mac版draw.io，UML图如有疑问，传送门：初探设计模式（一）10分钟速成UML类图）

为什么要有单例模式

单例模式的优点是什么？

保证唯一：有些类在业务概念上就是唯一的（比如唯一ID生成器、配置信息、连接池），适合设计为单例类；
提升性能：对象的创建需要消耗资源，有些对象创建时消耗资源较多（比如访问IO、数据库），当需要频繁创建、销毁时，为了提升性能，使用单例就比较合适

单例模式有缺点吗？

最大的缺点在于扩展性，单例模式非面向接口编程，违背了依赖倒置原则。举个例子，如果针对不同的场景（比如生成订单号、退款单号）需要采用不同的ID生成器，就不太好支持了。

怎么实现单例模式

总结

实现方式	是否延迟加载	是否线程安全	使用情况
饿汉式	否	是	最简单，常用
懒汉式	是	否	线程不安全，几乎不用
synchronized懒汉式	是	是	并发度太低，几乎不用
双重校验锁DCL	是	是	常用，注意对变量加volatile
静态内部类	是	是	常用
枚举	是	是	不常用，但《Effective Java》推荐使用

标准代码怎么写

手写一个单例，这是面试官最常问的一个问题。那么，我们来看下几种常见的实现方式。注意几点：

私有构造器，避免外部通过new创建实例
考虑加载方式：预加载/懒加载（延迟加载）
考虑创建对象时的线程安全问题
考虑获取对象时的并发性能

饿汉式：不管用不用，先初始化完成（预加载）

顾名思义，不管三七二十一，上来先创建好。即类加载的时候就把静态实例创建、初始化完成。

特点：线程安全，但对资源有浪费（即使没有用，也做了初始化）

public class Singleton {
    /**
     * 【类加载】时就把静态实例初始化完成
     */
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    /**
     * 私有的构造方法
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 公开的全局访问点
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

懒汉式：用的时候再做初始化（懒加载）

特点：懒加载，解决了饿汉式资源浪费的问题；但每次获取实例时都要获取同步锁（线程安全的懒汉式），会导致性能下降，不支持高并发（并发度实际上只有1，相当于串行操作）。

线程不安全的懒汉式

这种写法，多线程并发调用getInstance()获取单例时，可能会创建多个实例：

线程A执行到对象初始化instance=new Singleton();还没获得实例
线程B执行到if时，就会判断为true，也进入对象初始化代码

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }

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

优化：线程安全的懒汉式

对公开的全局访问点方法加synchnorized锁即可。

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }

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

双重校验锁（DCL，Double Checked Locking）

特点：针对懒汉式加锁的性能问题做了优化，只有对象为空时，才去获取同步锁。

未使用volatile的双重校验锁

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {             // Single Checked
            synchronized(Singleton.class) { // 类级别锁
                if (instance == null) {     // Double Checked
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

待修改，单写一篇博客整理下。传送门 The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration

由于JVM的指令重排序优化，这种方式可能导致出错。因为instance = new Singleton();不是原子操作：

给instance分配内存；(instance=null)
调用构造函数，初始化成员变量(instance=null)
将instance实例指向分配的内存空间(instance!=null) 我们预期的执行顺序是1-2-3，实际执行可能被优化为1-3-2，当按照1-3-2顺序执行时，如果执行完3，另一个线程针对Single Check的校验结果就会返回true,但实际上intance还未被初始化，执行出错。

下图是Singleton instance = new Singleton();这行代码对应的Java字节码(Java8)：

new: 创建一个对象，并将其引用值压入栈顶；
dup: 复制栈顶一个字长的数据，将复制后的数据压栈;
invokespecial: 调用构造器进行对象的初始化，这一步会消耗掉操作数栈顶的引用（上一步dup出来的数据）作为传给构造器的“this”参数
astore: 把操作数栈顶的引用消耗掉，保存到指定的局部变量Singleton instance去

优化：使用volatile的双重校验锁

给instance变量增加volatile关键字修饰。volatile可禁止指令重排序优化。

public class Singleton {
    // volatile关键字修饰，禁止指令重排序优化
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {             // Single Checked
            synchronized(Singleton.class) {
                if (instance == null) {     // Double Checked
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类

个人理解，这是静态内部类+饿汉式，只要不使用内部类，JVM就不会去加载这个单例类。

特点：懒加载，线程安全。

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }
    
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

枚举单例

public enum Singleton {
     // 类似 public static final Singleton INSTANCE;
     INSTANCE;
 }

生产环境怎么用

使用建议

简单，不需要节约资源：饿汉式
需要考虑资源（延迟加载）：
- 双重校验锁单例
- 静态内部类单例
- 枚举单例

使用场景

ID生成器
数据/资源管理器等
Spring默认采用单例模式来管理Bean对象

初探设计模式（二）开篇：单例模式怎么用，你学会了吗？