单例模式 (java 语言描述)

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2016-09-18
原文链接: www.jianshu.com

使用场景

实际的开发中,为了避免创建多个对象消耗过多的资源,或者某个类的对象只能有一个,所以就需要使用单例模式来确保某个类只能对外提供一个对象。

特点

  • 类的构造函数一般用private修饰,不对外公开
  • 一般通过一个静态方法返回单例对象
  • 必须保证线程安全,即在多线程场景下能确保只有一个单例对象

实现方式

1、懒汉单例模式
public class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){  
        }

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

懒汉单例模式只有在第一次使用时才会初始化单例,一定程度上能节约资源,但反应会稍慢;通过synchronized关键字,保证了在多线程情况下单例的唯一性,但是在单例被第一次初始化后,再调用getInstance()方法还需要进行同步操作,这样会造成不必的系统开销。

2、双重检查锁定单例模式(Double Check Lock)
public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton() {
    }

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

在getInstance()中,首先对instance进行非空判断,避免多余的同步,这也解决了懒汉单例模式中每次同步的问题,接下来如果instance为空则创建其实例,当然这一步需要保证同步操作。

但这里有个隐藏问题,注意instance = new Singleton();这行代码,它的执行可以分解为第三个步骤:(1)为instance实例分配内存。(2)执行Singleton构造函数来初始化instance。(3)将instance指向分配的内存。

但在JDK1.5前,上边的(2)(3)无法保证按顺序执行,如果按(1)(3)(2)顺序,假如A线程执行完(3),(2)未执行就被切换到B线程,因为步骤(3)已经在A线程执行,则B线程直接取走了认为非空instance,这就导致双重检查锁定的判断失效。

在JDK1.5后,只要这样声明instance实:private volatile static Singleton instance;即添加volatile修饰符,这样就可以保证instance每次都从主内存读取,避免了上边的问题,但会略影响性能。这种单例模式也是在第一次执行getInstance()时创建单例,但第一次反映稍慢。

这种方式目前使用的较多。

3、静态内部类单例模式
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
}

这种方式只有在的第一次调用getInstance()方法时,虚拟机才会加载SingletonHolder类,并初始化instance实例,即保证了线程同步,也能保证单例的唯一性,相对双重检查锁定单例模式简单了许多,推荐使用这种方式来实现单例模式。

4、容器单例模式
public class SingletonManager {
    private static Map instanceMap = new HashMap<>();

    private SingletonManager() {
    }

    public static void addInstance(String key, Object instance) {
        if (!instanceMap.containsKey(key)) {
            instanceMap.put(key, instance);
        }
    }

    public Object getInstance(String key) {
        return instanceMap.get(key);
    }
}

采用Map集合管理对象的实例,保证实例的唯一性,这种方式多用于管理多种类的实例场景,同时你的类并不一定需要实现单例机制,因为SingletonManager可以解决这个问题。你只需在初始化时创建对应类的实例并调用addInstance(String key, Object instance)来进行保存,使用时调用getInstance(String key),即可根据key得到对应类的实例。