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单例模式学习
单例模式学习
单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。
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。
- 想确保任何情况下都绝对只有1个实例
- 想在程序上表现出“只存在一个实例”
本模式是能生成一个实例类,因此以Singleton命名。
Singleton类只会生成一个实例。Singleton类定义了static字段(类的成员变量)singleton,并将其初始化为Singleton类的实例。初始化行为仅在该类被加载时进行一次。
Singletion类的构造函数是private的,这是为了禁止从Singleton类外部调用构造函数。
public class Singleton {private static Singleton singleton = new Singleton();private Singleton(){System.out.println("生成实例");}public static Singleton getInstance(){return singleton;}}
通过main方法来调用:
public static void main (String[] args){System.out.println("main开始");Singleton object1 = Singleton.getInstance();Singleton object2 = Singleton.getInstance();if(object1 == object2){System.out.println("object1与object2是相同的实例");}else{System.out.println("object1与object2是不同的实例");}System.out.println("main结束");}
打印结果
main开始
生成实例
object1与object2是相同的实例
main结束
单例模式的几种实现方式
1. 懒汉式,线程不安全
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。
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
这种实现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
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。
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)
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。(JDK1.5以上)
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;}
}
5.登记式/静态内部类
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,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。
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
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。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。
public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { }
}
结尾: 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。
参考文献:
- 图解设计模式
- .html
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