兔小白：大家好，我是兔小白，今年刚刚毕业，还是一名初级软件工程师。虽然我的编程经验有限，但痴迷于技术，一钻研起技术来可以说废寝忘食。最近我正在跟熊小猫学习设计模式。原本令我觉得枯燥、难懂的设计模式，在他的讲解下变得生动有趣，我不但学得快，记得也牢。
熊小猫：大家好，我是兔小白的技术经理熊小猫，已经工作5年多，编程经验比较丰富。我平时喜欢钻研技术，每当学习了新技术或者有了心得体会，都会和同事们分享、交流。指导兔小白，帮助初级程序员成长，也是我的工作职责。最近我在给兔小白讲解设计模式，如果你也感兴趣，欢迎加入进来，一起学习！
兔小白：我参与的第一个项目终于要上线了！最近项目经理忙得团团转，这两周一直在加班。
熊小猫：项目快要上线时事情比较多，开发工作在收尾，客户又提了一些需求变更，经过评估也要做，进度面临很大压力；上线前还要做安全扫描，解决安全问题；UAT的问题也需要和客户沟通。最要紧的是项目二期已经开始准备了……项目经理最近确实忙得不可开交。没事，你狮哥他挺得住！要和客户沟通。最要紧的是项目二期已经开始准备了……项目经理最近确实忙得不可开交。没事，你狮哥他挺得住！
兔小白：公司为什么不能再安排一位项目经理呢？
熊小猫：一个项目一般只有一位项目经理。项目经理需要掌握项目的所有上下文，统筹大局。咱们的项目运行到收尾阶段，项目上下文非常复杂，即使再派一位项目经理，也只能做一些辅助工作，作用有限，搞不好还会出乱子。项目总会有张有弛，关键时刻只能项目经理扛一下。
兔小白：还真是这样，一个项目中可以有很多产品经理、程序员、测试人员，但是项目经理通常只有一个。
熊小猫：程序中的对象也有同样的情况，有时全局只能存在一个实例。例如，程序中负责协调工作的对象，需要了解程序运行的上下文和状态，统一安排资源。如果出现两个协调者，就会产生冲突。
兔小白：如果两个项目经理之间没有协调好，一个让我开发新需求，另一个让我改Bug，我可就抓狂了！
熊小猫：程序里也有类似的场景。例如，线程池管理器要全局唯一，才能控制好线程数量，若两个线程池管理器各管各的，线程数量就要翻倍了。
兔小白：协调工作确实只能由一个实例来承担。程序如何做到一个类在全局只生成一个实例呢？
熊小猫：单例模式就是用来解决这个问题的。单例模式的目的很明确，确保一个类在全局中只存在一个实例。程序中任何实例化该类的地方，获取的都是全局唯一的实例。单例模式的实现有一些技巧，咱们打开电脑，边写边讲。
熊小猫：你觉得要保证一个类只有一个实例，首先应该做什么？
兔小白：应该先把构造对象的“大门”关起来，不能随意通过new关键字构造对象。
熊小猫：没错，单例类要禁止使用new关键字实例化对象，也就是说，构造方法不能被暴露。单例类需要提供其他获取单例对象的方法。咱们看看程序如何实现。以项目经理为例，用单例模式实现项目经理类。
public class ProjectManager {private static ProjectManager instance;private ProjectManager() {}public static ProjectManager getInstance() {if(instance==null){instance = new ProjectManager();}return instance;}}
首先，使用private修饰构造方法，对外不再提供构造方法。getInstance方法是客户端访问ProjectManager实例的唯一方法，这是一个静态方法，可以通过类直接访问。为了确保ProjectManager实例唯一，该方法首先判断是否已经创建了实例，如果已经创建，则直接返回该实例，否则先创建实例再返回。
熊小猫：我们再来看看客户端代码，代码中声明了两个项目经理对象，这两个对象其实指向了同一个实例。代码中对这两个对象的等值判断可以证明这一点。
ProjectManager zhangsan = ProjectManager.getInstance();ProjectManager lisi = ProjectManager.getInstance();if (zhangsan == lisi) {System.out.println("两位项目经理对象指向同一实例");}
兔小白：程序中任何需要使用ProjectManager对象的地方，只能通过getInstance方法获取实例。getInstance方法是确保单例的关键。
熊小猫：确实如此，这版代码在单线程场景下可以确保单例，但在多线程场景下存在漏洞。问题出在判断instance是否为null上，当多个线程同时执行到这一语句时，都会得到true的结果。每个线程都将继续向下执行，分别创建实例，从而创建出多个实例。
兔小白：原来问题出在这里！早就听说多线程编程容易出问题。
熊小猫：解决多线程并发的问题也很简单，加上synchronized代码块，就能确保同一时间只有一个线程执行创建单例实例的代码。此外，还需要使用volatile修饰instance变量。volatile关键字用来解决多线程开发中的指令重排和变量可见性问题。这两个问题会导致某个线程在初始化instance实例还未完成时，其他线程就可以获取instance实例并返回。咱们看代码如何实现。
public class ProjectManager {private static volatile ProjectManager instance;private ProjectManager() {}public static ProjectManager getInstance() {if (instance == null) {synchronized (ProjectManager.class) {if (instance == null) {instance = new ProjectManager();}}}return instance;}}
熊小猫：由于synchronized代码块是串行执行的，存在性能问题，因此在进入synchronized代码块之前先判断一次instance是否为null，降低synchronized代码块被执行的可能性。毕竟只有在第一次执行getInstance方法时，instance才可能为null。一旦instance创建完成，synchronized代码块不会被再次执行。
兔小白：第一次判断instance是否为null，我听明白了。但是为什么在synchronized代码块中又判断了一次instance是否为null呢？
熊小猫：当两个线程并发执行时，都会执行第一次instance是否为null的判断。当执行到synchronized代码块时，其中一个线程先获取锁继续执行，创建instance实例；另一个线程等待锁被释放后，获取锁继续执行synchronized代码块。如果不再判断一次instance是否为null，将再次创建新的实例。下图详细展示了我所描述的导致错误的过程。
兔小白：没想到确保只有一个实例这么难！
熊小猫：因为要考虑多线程并发的问题嘛！以后你做多线程开发时可一定要小心。程序在第一次调用getInstance方法时，才会创建单例实例，所以这种单例模式的实现方式叫作懒汉式。与之相对应的还有一种叫作饿汉式的单例模式实现方式。
熊小猫：所谓“饿汉式”，就是不管单例对象是否被用到，程序都会提前创建好单例实例。如果不担心内存占用，可以考虑采用饿汉式实现单例模式，代码更简洁，当然，也是线程安全的。我们来看看代码实现。
public class ProjectManager {private static ProjectManager instance = new ProjectManager();private ProjectManager() {}public static ProjectManager getInstance() {return instance;}}
熊小猫：类加载时会初始化静态成员变量，因此只要类加载完，就会完成instance变量的初始化。创建单例实例发生在类加载的过程中，因此不存在线程安全问题。当客户端调用getInstance方法时，可以直接获取已经创建好的实例。
兔小白：这种实现方式简洁多了！懒汉式和饿汉式实现方式，你推荐哪一种呢？
熊小猫：这两种实现方式都很常用，但各自有其适合的场景。懒汉式实现方式在客户端第一次调用getInstance方法时创建实例，避免了内存浪费。一般情况下，推荐使用线程安全的懒汉式实现方式。饿汉式实现方式的代码简洁、线程安全，但不管是否使用单例对象，程序都会提前在类加载时创建单例实例，占用内存。如果对内存的使用没有严格限制，那么推荐使用饿汉式实现方式。
熊小猫：单例模式的结构非常简单，下面是单例模式结构图。
熊小猫：Singleton类需要私有化构造方法，getInstance方法负责创建和返回唯一实例。getInstance方法的两种实现方式刚才已经讲过，在工作中可以直接拿来使用。
单例模式的优点如下。
（1）单例类在内存中只存在一个实例，减少了内存的使用。
（2）单例类的实例化严格受控。客户端只能通过单例类提供的getInstance方法访问单例实例。统一出口，便于管理。
（3）线程间共享单例实例，适合中心化工作。
兔小白：针对最后一个优点，如果使用不当会出现线程安全的问题！
熊小猫：没错，在多线程的场景下使用单例模式一定要小心。
单例模式的缺点如下。
（1）构造单例实例的逻辑在单例类内部实现，和单一职责原则存在冲突。
（2）单例实例的属性被线程共享，处理不当会引发线程安全问题。例如，对于游戏人物的血量属性，程序必须保证对血量的处理是线程安全的，否则当人物同时受到不同来源的攻击时，血量计算会出错。
单例模式的优、缺点都很鲜明。单例模式在与之匹配的场景下才能发挥优势。如果使用不当，反而会出现线程安全问题。
下面是适合使用单例模式的场景。
（1）中心化工作场景。例如，负责全局协调、对象管理、资源调度的类，需要保证它的实例全局唯一，否则对资源的管理和使用难以做到同步。
（2）没有成员变量的类适合使用单例模式。若类没有任何成员变量，则创建多个实例没有意义，且单例实例也不存在线程安全问题。这个场景比较常见的是工具类，使用静态类来实现也能达到同样的效果。
熊小猫：使用单例模式时，特别需要注意一点，虽然单例模式能够节省内存开销，但这只是它的附加价值，不应该为了节省内存而刻意使用单例模式，否则会带来更麻烦的线程安全问题。在使用单例模式时，需要注意多线程对单例对象内部属性的访问，做好线程同步。
兔小白：想不到单例模式这么复杂，里面居然有这么多学问。
熊小猫：由于牵扯到多线程，问题的复杂度会升高一个等级。多线程编程的学问可不少呢！等学完设计模式，咱们再深入研究多线程编程！
在实际项目中，设计模式容易被不合时宜地运用，也就是我们常说的过度设计。在本书中，针对“过度设计”这个难题，作者通过类似下面的插图来提醒读者。
书中各种设计模式的类图，全部采用手绘的方式，一笔一笔地画出来，在确保可读性的同时，增加一些趣味性，让读者更容易接受。
本书采用“兔小白”和“熊小猫”对话的方式，展开讲解。在排版阶段，编辑建议将对话的人物名字改为人物头像，根据场景，呈现不同的表情。这是一个很好的主意，作者动手绘制了“表情包”！虽然增加了大量工作，但是让对话变得生动起来。
最后说说书中的点睛之笔—— “设计模式之城” 折页。
既然设计模式就存在于日常生活中，那么可以用一张城市图，画出与设计模式相对应的生活场景。这样不但方便读者记忆设计模式，而且读者可以使用此图快速找到与问题相匹配的设计模式。
