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单例模式

单例设计模式(Singleton),属于创建型模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

单例设计模式八种方式

  • 饿汉式(静态常量)
  • 饿汉式(静态代码块)
  • 懒汉式(线程不安全)
  • 懒汉式(线程安全,同步方法)
  • 懒汉式(线程安全,同步代码块)
  • 双重检查
  • 静态内部类
  • 枚举

饿汉式(静态常量、静态代码块)

/**
 * 饿汉式(静态变量)
 */
public class Singleton {

    /**
     * 私有化构造函数,让外部不能进行实例化
     */
    private Singleton() {
    }

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

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

/**
 * 饿汉式(静态代码块)
 */
public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static final Singleton INSTANCE;

    static {
        INSTANCE = new Singleton();
    }

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

说明

此方式比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化,避免了线程同步问题。 但在类装载的时候就完成实例化,没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费。
这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,但是导致类装载的原因很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 就没有达到懒加载的效果,故可能造成内存浪费

懒汉式(线程不安全)


/** * 懒汉式(线程不安全) */ public class Singleton { /** * 私有化构造函数,让外部不能进行实例化 */ private Singleton() { } private static Singleton instance; /** * 当调用到该方法时,才去创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }

说明

此方式虽然起到了懒加载的效果,但是只能在单线程下使用。如果在多线程下,一个线程进入了 if (instance == null) 判断语句,还没有来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例,所以在多线程环境下不可使用这种方式。在实际开发中,也不要使用这这种方式。

懒汉式(线程安全-同步方法)

/**
 * 懒汉式(线程安全, 同步方法)
 */
public class Singleton {

    /**
     * 私有化构造函数,让外部不能进行实例化
     */
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton instance;

    /**
     * 在方法上加入同步处理 synchronized 关键字,解决线程安全问题
     */
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

说明

此方式解决了线程安全问题,但是效率太低了,每个线程在获得类的实例时候,执行 getInstance 方法都要进行同步,而这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面要获得该类实例,直接返回就行了。在实际开发中,不推荐使用这种方式。

懒汉式(线程安全, 同步代码块)


/** * 懒汉式(线程安全, 同步代码块) */ public class Singleton { /** * 私有化构造函数,让外部不能进行实例化 */ private Singleton() { } private volatile static Singleton instance; /** * 加入同步处理 synchronized 关键字,解决线程安全问题 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { instance = new Singleton(); } } return instance; } }

说明

此方式,是对懒汉式(同步方法)的单例模式进行改进,解决效率低的问题,但是这种同步代码块的方式并不能起到线程同步的作用。假如一个线程进入了 if (instance == nul) 判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。

懒汉式(双重检查)

/**
 * 懒汉式(双重检查)
 */
public class Singleton {

    /**
     * 私有化构造函数,让外部不能进行实例化
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 使用 volatile 修饰,让修改值立即更新到主存,保证变量的一致性
     */
    private volatile static Singleton instance;

    /**
     * 加入同步处理 synchronized 关键字,解决线程安全问题
     */
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}

说明

双重检查概念是多线程开发中常使用到的,此段代码中进行了两次 if (instance== null) 检查,这样就可以保证线程安全了。同时,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断 if (instance== nll),直接返回实例化对象,也避免了反复进行方法同步。所以这种方式既解决了线程安全问题,也解决了懒加载问题,同时保证了效率。

静态内部类方式

静态内部类在它的外部类被装载时并不会被装载,只有在被调用时才会被装载,而且只会被装载一次,在装载时线程是安全的。它既保证了懒加载,也保证了线程安全,所以静态内部类也是一种实现单例模式很好的方式。

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

说明

这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。 静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用 getInstance 方法,才会装载 SingletonInstance 类,从而完成 Singleton 的实例化。静态内部类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,并且 JVM 帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。

枚举


public enum Singleton1 { // 一个属性,保证是单例 INSTANCE }

说明

使用枚举实现单例模式,不仅可以避免多线程问题,而且还能防止反序列化重新创建对象。这种方式是《Effective Java》作者提倡的方式。

小结

单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需 要频繁创建和销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能。当需要实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用 new 的方式。

单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session 工厂等)。

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