设计模式之单例模式

设计模式之单例模式

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设计模式——单例模式

什么是单例模式?

一个类允许创建一个对象(或者实例)

特点

  • 类构造器私有
  • 该单例对象必须有单例类自己创建
  • 单例类必须对外提供一个访问该单例的全局访问点

单例模式的设计

实现一个单例我们需要关注的点主要有下面几个:

  • 构造函数需要是 private 访问权限的,这样才能避免外部通过 new 创建实例
  • 考虑对象创建时的线程安全问题
  • 考虑是否支持延迟加载
  • 考虑 getInstance() 性能是否高(是否加锁)

实现方式

1.懒汉式,线程不安全

是否Lazy初始化:是
是否多线程安全:否
实现难度:易

描述:这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton() {}
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

2.懒汉式,线程安全

是否Lazy初始化:是
是否多线程安全:是
实现难度:易
描述:这种方式具备很好的 lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情况下不需要同步。
优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。
缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton() {}
    private static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

3.饿汉式

是否Lazy初始化:否
是否多线程安全:是
实现难度:易
描述:这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。
优点:没有加锁,执行效率会提高。
缺点:类加载时就初始化,浪费内存。
它基于 classloader 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,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法, 但是也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 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class HungrySingleton {
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {}
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

4.双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)

**JDK 版本:**JDK1.5 起
**是否 Lazy 初始化:**是
**是否多线程安全:**是
**实现难度:**较复杂
**描述:**这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class DCLSingleton {
    private volatile static DCLSingleton singleton;
    private DCLSingleton() {}
    public static DCLSingleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (DCLSingleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

双重检查模式,进行了两次的判断,第一次是为了避免不要的实例,第二次是为了进行同步,避免多线程问题。由于singleton=new Singleton()对象的创建在JVM中可能会进行重排序,在多线程访问下存在风险,使用volatile修饰signleton实例变量有效,解决该问题。

5.静态内部类

**是否 Lazy 初始化:**是
**是否多线程安全:**是
**实现难度:**一般
**描述:**这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

public class InnerSingleton {
    private InnerSingleton() {}
    public static InnerSingleton getInstance() {
        return Inner.instance;
    }
    private static class Inner{
        private static final InnerSingleton instance = new InnerSingleton();
    }
}

只有第一次调用getInstance方法时,虚拟机才加载 Inner 并初始化instance ,只有一个线程可以获得对象的初始化锁,其他线程无法进行初始化,保证对象的唯一性。目前此方式是所有单例模式中最推荐的模式,但具体还是根据项目选择。

6.枚举模式

**JDK 版本:**JDK1.5 起
**是否 Lazy 初始化:**否
**是否多线程安全:**是
**实现难度:**易
**描述:**这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
}

默认枚举实例的创建是线程安全的,并且在任何情况下都是单例。

  • 枚举类隐藏了私有的构造器。
  • 枚举类的域 是相应类型的一个实例对象
    枚举类型日常用例是这样子的:
public enum Singleton  {
    INSTANCE 
 
    //doSomething 该实例支持的行为
      
    //可以省略此方法,通过Singleton.INSTANCE进行操作
    public static Singleton get Instance() {
        return Singleton.INSTANCE;
    }
}