单例模式 看这一篇就够了

时间：2022-03-10 18:57:06

一、是什么

       1、单例类只能有一个实例。

       2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

       3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

 

二、适用环境

       单例模式可以保证全局对象的唯一性，比如系统启动读取配置文件就需要单例保证配置的一致性。故以下情况常考虑单例模式：

       1）系统只需要一个实例对象，或者因为资源消耗太大只允许创建一个实例对象。

       2）客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。

 

三、实现方式

3.1  饿汉式单例

当类Singleton1被加载时，类的静态变量instance会被初始化，此时类的构造函数会被调用，单例类的唯一实例将被创建。

优点：无需考虑多线程问题；可以确保实例唯一性。调用速度快，反映时间短。

缺点：资源利用效率低，占用率高。

public class Singleton1 {

    private static Singleton1 instance = new Singleton1();
    
    private Singleton1(){}
    
    public static Singleton1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

 

3.2  懒汉式单例

当类Singleton2被加载时，不会创建类的实例，在需要的时候再加载实例，这种技术又叫延迟加载（Lazy Load）。

通过关键字synchronized解决线程安全问题。

优点：资源利用率高。

缺点：线程安全控制繁琐；系统性能会受影响。

public class Singleton2 {

    private static Singleton2 instance = null;  //静态私有成员变量
    
    //私有构造函数
    private Singleton2(){ }
    
    //为避免多个线程同时调用getInstance()方法，使用关键字synchronized对方法加锁，
    //确保任意时刻只有一个线程可执行该方法
    synchronized public static Singleton2 getInstacne(){
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

上述代码虽然解决了线程安全的问题，但是每次调用getInstance()方法时，都要进行线程锁定判断，在多线程高并发环境下会导致系统性能降低，为解决此类问题问题，应将加锁范围缩小到创建实例时。故做如下改进：

public class Singleton2 {

    private static Singleton2 instance = null;  //静态私有成员变量
    
    //私有构造函数
    private Singleton2(){ }
    
    public static Singleton2 getInstance(){
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton2.class) {
                instance = new Singleton2();
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

3.3  双重检查锁定

上述3.2懒汉式单例类仍然存在单例对象不唯一的情况，例如某一瞬间线程A和线程B同时调用getInstance()方法，再synchronized加锁机制下，A线程先执行加锁代码块创建实例，线程B处于等待状态。当A执行完毕时，线程B并不知道实例已被创建，将会继续创建一份新的实例，这样就产生了多个实例对象。

注意：使用双重检查锁定实现懒汉式单例类时，需要在静态成员变量instance前增加修饰符volatile，被volatile修饰的成员变量可以确保多个线程都能正确处理，但是需要JDK1.5以上（现在也不用更低的版本了吧...）。

优点：解决懒汉式单例类存在单例不唯一的问题。

缺点：volatile关键字会屏蔽Java虚拟机做的一些代码优化，有时可能会导致系统的运行效率降低。

故将继续改进如下：

public class Singleton3 {

    private volatile static Singleton3 instance = null;
    
    private Singleton3(){ }
    
    public static Singleton3 getInstance(){
        //第一重判断
        if (instance == null) {
            //锁定代码块
            synchronized (Singleton3.class) {
                //第二重判断
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

3.4  静态内部类实现单例模式  

饿汉式单例类不能实现延迟加载，不管将来用不用单例类，始终都会占据内存；

懒汉式单例类线程安全控制繁琐，且性能受到影响；

在Java中，还可使用静态内部类实现单例模式，既可以实现延迟加载，又可以保证线程安全，不影响系统性能。

public class Singleton4 {

    private Singleton4(){}
    
    private final static class innerClass{
        private static Singleton4 instance = new Singleton4();
    }
    
    public static Singleton4 getInstance(){
        return innerClass.instance;
    }
    
    /*//测试代码段
    public static void main(String[] args){
        Singleton4 s1,s2;
        s1 = Singleton4.getInstance();
        s2 = Singleton4.getInstance();
        System.err.println("s1 = s2? 答案是 " + (s1==s2)); //s1 = s2? 答案是 true
    }*/
}

 

备注：以上代码实现部分源码参照《Java设计模式》-（刘伟）一书。

总结如有错误、不足与改进之处，希望大家指正，不胜感激！

以上！

 

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