• 单例模式


    定义: 一个类只能产生一个实例,并且该类提供一个唯一的全局访问点。

    说明: 在设计系统时,有的对象,需要保证全局只有一个。例如如下对象(线程池,log对象, 注册表信息对象,性能设置对象,驱动类对象,打印机对象等 )

    基本思路:

      1. 私有构造器。保证其他类无法实例化该类。

      2. 静态方法。通过该静态方法能得到该对象的实例。

    Java中有以下几种写法:

    一. 懒汉(线程不安全)

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

    总结: 这种写法起到了lazy loading的效果,即先判断实例是否存在,不存在的情况,再实例化。但是只能在单线程的情况下使用。在多线程的情况下,假如A线程进入到if(instance == null), 但是B线程已经执行到 instance = new Singleton(), 这种情况下,就会产生产生多个实例,未达到单例的效果。

    二. 懒汉(线程安全,同步方法)

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

    总结:通过在方法前加关键字 synchronized来起到线程同步的作用,解决线程不安全。具备lazy loading效果。

    缺点:效率太低。每个线程在执行getInstance() 方法时,都会进行同步。实际上,该方法仅仅需要在第一次执行时需要同步,99%情况下不需要同步,所以影响性能。

    三. 懒汉(同步代码块)

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

    总结: 同步了代码块,但是仔细分析,多线程下,也会出现 写法一的情况,有可能会产生多个实例。

    四. 饿汉(静态变量)

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

    优点:写法简单,在类装载阶段就完成实例化(单例模式中,大多数是调用getInstance()方法时类装载)。基于classloader机制,避免线程同步问题

    缺点:没有lazy loading效果。如果一直没有使用这个实例,会造成内存的浪费。

    五. 饿汉(静态代码块)

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

    总结: 和上面的,也就是第三种效果差不多。只是把实例化过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候,执行静态代码块,初始化类的实例。

    六. 双重校验锁

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

    总结:因为进行了两次if(instance == null)的检查,保证了线程的安全性。

    优点:具有lazy loading效果;线程安全;效率高。

    缺点:使用了volatile 关键字,JDK1.5以后才支持。

     七. 静态内部类

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

    总结: 利用classloader的机制来保证初始化instance实例时只有一个线程。和写法四 和 写法五,还是有区别的(只要Singleton类被装载,那么instance就会被实例化,也就没有lazy loading效果)。 而此写法,当Singleton类被装载了,instance不一定被实例化,因为SingletonKeeper类没有被主动使用,只有显示通过调用getInstance方法时,才会显示装载SingletonKeeper类,从而实例化instance。

    类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,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。

    优点:避免了线程不安全,延迟加载,效率高。

    八. 枚举

    public enum Singleton {
        INSTANCE;
        public void whateverMethod() {
    
        }
    }

    总结: 借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

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