《我是面試官》設計模式-單例模式

《巫師3》中，陪着主人公南征北戰的坐騎，不管你何時何地召喚它，它永遠隻有一個名字——蘿蔔。

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HR ：來了一個面試Java的，我讓他在小會議室等着了。

面試官 ：好的，我就來。

面試官用一次性紙杯倒了杯水，夾着Mac，進了小會議室。看見一個20出頭的精神小夥，帶着黑框眼鏡，發量誘人，像極了N年前的自己，風華正茂，書生意氣。

面試官 ：你好，先喝杯水吧。（不給應聘者倒水的公司都是不靠譜的）我看你履歷上寫着精通設計模式，要不我們就聊聊設計模式吧。

應聘者 ：可以呀。

一句輕描淡寫的“可以呀”，但經驗豐富的面試官還是發現了平靜面容下，應聘者的一絲絲竊喜，好像很胸有成竹的樣子。

面試官 ：那就說說，你平時都用了哪些設計模式吧？

應聘者 ：（内心狂喜ing）我平時使用最多的設計模式有單例模式。單例模式屬于23種設計模式中的建立型的設計模式。23種設計模式可以分為3種：建立型、結構型和行為型。單例模式確定了一個類隻有一個執行個體。單例模式有5種實作方式：懶漢式、餓漢式、Double-Check方式、靜态内部類方式、枚舉方式。

面試官 ：嗯，你對單例模式了解的不錯嘛。你先說下為什麼要使用單例模式吧。

應聘者 ：單例模式其實很簡單，就是一個類隻能建立一個執行個體。在程式中，有一些對象隻需要一個，比如說：線程池、緩存、對話框、系統資料庫、日志對象、充當列印機、顯示卡等裝置驅動程式的對象。事實上，這一類對象隻能有一個執行個體，如果制造出多個執行個體就可能會導緻一些問題的産生，比如：程式的行為異常、資源使用過量、或者不一緻性的結果。還有些業務上就隻會有一個，比如公司主體等。

面試官 ：那如何實作一個單例呢？

應聘者 ：實作單例有好幾種方式，有餓漢式、懶漢式、靜态内部類，或者使用枚舉來實作。使用單例模式，一般把類的構造函數設定為private，避免通過new建立多個示例。我先來說下餓漢方式吧。

應聘者喝了口水，似乎準備開始表演了。

應聘者 ：餓漢式實作比較簡單。類有一個靜态的執行個體，一般取名為instance。在類加載的時候，就會建立并初始化好instance執行個體。是以，餓漢式是線程安全的。

面試官 ：你能寫一下具體的實作代碼嗎？

應聘者很快就在紙上寫出了餓漢式的代碼實作：

看的出來，應聘者對餓漢式的代碼實作很熟悉，編碼風格和命名也很不錯。我在面試的時候，就有幾位應聘者不知道如何給類命名，有的使用Danli，有的使用Single或One。

面試官 ：嗯，很不錯。你平時都使用這種方式嗎？

應聘者 ：哦，不是的。餓漢式雖然簡單，但是有個問題是，它不支援延遲加載，或者叫按需加載。在系統啟動時，就必須要建立執行個體。

面試官 ：這樣會有什麼問題嗎？

應聘者 ：如果執行個體占用資源多，比如記憶體占用高，或者初始化耗時長（比如需要加載各種配置檔案），提前初始化就會造成浪費。應該在用到的時候再去初始化。

面試官 ：如果初始化耗時長，等用到的時候再初始化。就可能在使用者請求接口的時候，觸發了這個初始化過程，會導緻請求的響應時間很長，甚至逾時。對使用者造成影響。是以，究竟是啟動時初始化好，還是延遲初始化好呢？

應聘者 ：啊，這個。。。（這個面試官不按套路出牌呀）網上說的都是要延遲加載。

面試官 ：還有，如果執行個體占用資源多，比如記憶體使用高。如果延遲加載，可能會出現在程式運作一段時間後，因為初始化執行個體，占用資源多，出現了OOM，程式崩潰。根據Fast Fail原則，是不是就應該在啟動時初始化執行個體，如果資源不夠，我們就能快速發現問題，盡快進行修複，而不會讓問題在生産環境中才暴露。

應聘者 ：嗯，好像有道理。但我看網上的文章都說這種方式不好。

面試官 ：那你覺得哪種方式好呢？

應聘者 ：（内心有些搖擺，有些淩亂）

面試官 ：那我們再聊聊延遲加載的單例？

應聘者 ：嗯嗯，好呀。延遲加載就是在使用的時候才進行初始化，它的代碼實作是這樣的：

面試官 ：嗯，不錯嘛。我看getInstance方法中，有多個null判斷，還有個synchronized鎖，能不能解釋一下。

應聘者 ：這個叫雙重檢查（Double Check）。加synchronized是為了保證線程安全。null判斷是為了提升性能。如果不在前面先判斷instance是否為null，就需要在每次使用時，先擷取鎖，然後釋放鎖，會導緻性能瓶頸。

應聘者 ：是以使用了雙重檢查，隻要instance被建立後，即使再調用getInstance，也不會再加鎖了。解決了性能問題。

應聘者 ：網上有人說，這種實作方式也有問題。因為指令重排，可能會導緻Singleton被new出來後，被指派給了instance，還沒來得及初始化，就被另一個線程使用了，可能會出現NPE錯誤。要解決這個問題，我們需要給instance成員變量添加volatile關鍵字，禁止指令重排。

面試官 ：嗯，你對Java指令重排也有了解呀，不錯。關于線程安全，我們稍後再仔細聊聊吧。

應聘者 ：（不要啊，我就隻記住了這一段。待會兒一聊就露餡了啊。。。）

面試官：你知道還有其它實作單例的方式嗎？

應聘者 ：還有個靜态内部類方式。它比雙重檢查更加簡單。就是利用Java的靜态内部類。代碼實作是這樣的：

應聘者 ：SingletonHolder是一個内部靜态類，當外部Singleton被加載時，并不會建立SingletonHolder執行個體對象。隻有當調用getInstance方法時，SingletonHolder才被加載，這個時候才會建立instance。instance的唯一性、建立過程的線程安全有JVM虛拟機來保證。是以，這種實作方法既保證了線程安全，又能做到延遲加載。

應聘者 ：還有一種使用枚舉建立單例的方式。

面試官 ：哇，還有嘛。那你再說說吧。

應聘者 ：使用枚舉應該是最簡單的。它利用了Java枚舉類型本身的特點，保證了執行個體建立的線程安全和執行個體唯一性。代碼如下：

面試官 ：你平時都是使用這個方式嗎？

應聘者 ：沒有呢。這種方式的确簡單，而且也是《Effective Java》作者推薦的。但是我覺得用枚舉來表達一個單例，這種方式比較奇怪。總覺得是一樣投機取巧的方式。

面試官 ：哈哈哈。。的确是這樣，開源項目中也很少會使用這種方式，是比較怪。你對單例模式的了解很深入呀，說出了這麼多種實作，不錯不錯。剛才看你對線程安全也挺了解的，那我們接下來再聊聊Java多線程吧。

應聘者 ：（狠狠抽了幾下耳巴子。。。叫你多嘴。。。）

單例模式是面試中經常出現的話題。單例模式本身比較簡單，就是一個類隻有一個執行個體。大部分面試者在面試準備時，都會閱讀單例的相關知識點，比如單例模式的多種實作。

但是，希望大家不要僅僅是背誦，還應該多去了解。本文的面試中，面試官問了一個問題，到底是啟動時初始化好，還是延遲加載好呢？這個問題，大家可以自己思考一下。