Java设计模式--单例模式

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Java设计模式--单例模式

yexx 2016-09-19 23:33:00 浏览1325
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单例模式

保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

Singleton Pattern

Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.

类图

模式的结构与使用

单例方法模式的结构中包括一种角色。
+ 单件类(Singleton):单件类只可以创建出一个实例。

java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍三种:

  • 懒汉式单例
  • 饿汉式单例
  • 登记式单例

简单的例子

懒汉式单例.java

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类,在第一次调用的时候实例化自己
 */
public class Singleton {
    private Singleton(){}
    private static Singleton single = null;
    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全,如果你第一次接触单例模式,对线程安全不是很了解,可以先跳过下面这三小条,去看饿汉式单例,等看完后面再回头考虑线程安全的问题。

在getInstance方法上加同步

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类,在第一次调用的时候实例化自己
 * 在getInstance方法上加同步
 */
public class SingletonSynchronized {
    private SingletonSynchronized(){}
    private static SingletonSynchronized single = null;
    //静态工厂方法
    public static synchronized SingletonSynchronized getInstance() {
        if (single == null) {
            single = new SingletonSynchronized();
        }
        return single;
    }
}

双重检查锁定

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类,在第一次调用的时候实例化自己
 * 双重检查锁定
 */
public class SingletonDoubleChecked {
    private SingletonDoubleChecked(){}
    private static SingletonDoubleChecked single = null;
    //静态工厂方法
    public static SingletonDoubleChecked getInstance() {
        if (single == null) {
            synchronized (SingletonDoubleChecked.class) {
                if (single == null) {
                    single = new SingletonDoubleChecked();
                }
            }
        }
        return single;
    }
}

静态内部类,既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类,在第一次调用的时候实例化自己
 * 既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响
 */
public class SingletonStatic {    
    private static class LazyHolder {    
       private static final SingletonStatic INSTANCE = new SingletonStatic();    
    }    
    private SingletonStatic (){}    
    public static final SingletonStatic getInstance() {    
       return LazyHolder.INSTANCE;    
    }    
}

饿汉式单例模式

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 饿汉式单例类,在类初始化时,已经自行实例化
 */
public class Singleton2 {
    private Singleton2() {}

    private static final Singleton2 single = new Singleton2();

    // 静态工厂方法
    public static Singleton2 getInstance() {
        return single;
    }
}

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记薄)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。

这里我对登记式单例标记了可忽略,我的理解来说,首先它用的比较少,另外其实内部实现还是用的饿汉式单例,因为其中的static方法块,它的单例在类被装载的时候就被实例化了。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说,饿汉和懒汉,饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。另外从以下两点再区分以下这两种方式:
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。

至于1、2、3这三种实现又有些区别,
第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,
第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。

什么是线程安全?

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。

单例模式的优点

  • 单例类的唯一实例由单例类本身控制,所以可以很好地控制用户何时访问它。

适用单例模式的情景

  • 当系统需要某个类只能有一个实例。

下载源码请到

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