单例模式

设计模式之简单讨论

前言：

设计模式代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。

设计模式总共23种，这些模式可以分为三大类：创建型模式、结构型模式、行为型模式。

1：单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

 

适用场景：一个班只有一个班主任

 

 

 

实现

a  SingleObject 类有它的私有构造函数

b 本身的一个静态实例。

c SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。

 

public class SingleObject {

 

   //创建 SingleObject 的一个对象

   private static SingleObject instance= new SingleObject();

   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化

   private SingleObject(){}

 

   //获取唯一可用的对象

   public static SingleObject getInstance(){

      return instance;

   }

}

 

获取实例的唯一方法

SingleObject object = SingleObject.getInstance();

 

单例模式的几种实现方式

1、懒汉式，线程不安全

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 Singleton {  

    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton getInstance() {  

    if (instance == null) {  

        instance = new Singleton();  

    }  

    return instance;  

    }  

}

 

 

2 懒汉式，线程安全

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。

public class Singleton {  

    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

    public static synchronized Singleton getInstance() {  

    if (instance == null) {  

        instance = new Singleton();  

    }  

    return instance;  

    }  

}

 

    3、饿汉式 线程安全

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。

public class Singleton {  

    private static Singleton instance = new Singleton();  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton 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 Singleton {  

    private volatile static Singleton singleton;  

    private Singleton () {}  

    public static Singleton getSingleton () {  

    if (singleton == null) {  

        synchronized (Singleton.class) {  

        if (singleton == null) {  

            singleton = new Singleton();  

        }  

        }  

    }  

    return singleton;  

    }  

}

高危预警：volatile 必须要加 防止指令重排

 

5、登记式/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。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化。

public class Singleton {  

    private static class SingletonHolder {  

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  

    }  

    private Singleton (){}  

    public static final Singleton getInstance() {  

    return SingletonHolder.INSTANCE;  

    }  

}

6、枚举

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 Singleton {  

    INSTANCE;  

    public void whateverMethod() {  

    }  

}

一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。