关于java单例模式,这篇已经讲得很清楚了,建议收藏!

前程有光

概念

java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式分三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三
种。

特点

单例模式有以下特点:

  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例
    单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。避免生成多个对
    象保证只对这一个唯一对象进行操作,保证线程的安全和数据的安全.

饿汉式:

顾名思义,饿汉式就是在第一次引用该类的时候就创建对象实例,而不管实际是否需要创建。代码如
下:
下面看一个示例:

public class Singleton { 
    private static Singleton = new Singleton(); 
    private Singleton() {} 
    public static getSignleton(){ return singleton; }
}

这样做的好处是编写简单,但是无法做到延迟创建对象。但是我们很多时候都希望对象可以尽可能地
延迟加载,从而减小负载,所以就需要下面的懒汉式

懒汉式:

单线程写法
public class Singleton { private static Singleton = new Singleton(); private Singleton() {} public static getSignleton(){ return singleton; }}
这种写法是最简单的,由私有构造器和一个公有静态工厂方法构成,在工厂方法中对singleton进行null
判断,如果是null就new一个出来,最后返回singleton对象。这种方法可以实现延时加载,但是有一个
致命弱点:线程不安全。如果有两条线程同时调用getSingleton()方法,就有很大可能导致重复创建对
象。

public class Singleton { 
    private static Singleton singleton = null; 
    private Singleton(){} 
    public static Singleton getSingleton() { 
    if(singleton == null) singleton = new Singleton(); 
    return singleton; 
    }
}

考虑线程安全的写法:

这种写法考虑了线程安全,将对singleton的null判断以及new的部分使用synchronized进行加锁。同
时,对singleton对象使用volatile关键字进行限制,保证其对所有线程的可见性,并且禁止对其进行指
令重排序优化。如此即可从语义上保证这种单例模式写法是线程安全的。注意,这里说的是语义上,实
际使用中还是存在小坑的

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

兼顾线程安全和效率的写法:

虽然上面这种写法是可以正确运行的,但是其效率低下,还是无法实际应用。因为每次调用
getSingleton()方法,都必须在synchronized这里进行排队,而真正遇到需要new的情况是非常少的。
所以,就诞生了第三种写法

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

这种写法被称为“双重检查锁”,顾名思义,就是在getSingleton()方法中,进行两次null检查。看似多
此一举,但实际上却极大提升了并发度,进而提升了性能。为什么可以提高并发度呢?就像上文说的,
在单例中new的情况非常少,绝大多数都是可以并行的读操作。因此在加锁前多进行一次null检查就可
以减少绝大多数的加锁操作,执行效率提高的目的也就达到了

小坑:

那么,这种写法是不是绝对安全呢?前面说了,从语义角度来看,并没有什么问题。但是其实还是有
坑。说这个坑之前我们要先来看看 volatile 这个关键字。其实这个关键字有两层语义。第一层语义相信
大家都比较熟悉,就是可见性。可见性指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存( Work
Memory )写回主内存( Main Memory ),所以会马上反应在其它线程的读取操作中。顺便一提,工
作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存,工作内存是线程独享的,主存是线程共
享的。 volatile 的第二层语义是禁止指令重排序优化。大家知道我们写的代码(尤其是多线程代码),
由于编译器优化,在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。编译器只保证程序执行结果与源代码
相同,却不保证实际指令的顺序与源代码相同。这在单线程看起来没什么问题,然而一旦引入多线程,
这种乱序就可能导致严重问题。 volatile 关键字就可以从语义上解决这个问题。
注意,前面反复提到 “ 从语义上讲是没有问题的 ” ,但是很不幸,禁止指令重排优化这条语义直到 jdk1.5
以后才能正确工作。此前的 JDK 中即使将变量声明为 volatile 也无法完全避免重排序所导致的问题。所
以,在 jdk1.5 版本前,双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。

静态内部类法:

那么,有没有一种延时加载,并且能保证线程安全的简单写法呢?我们可以把 Singleton 实例放到一个
静态内部类中,这样就避免了静态实例在 Singleton 类加载的时候就创建对象,并且由于静态内部类只
会被加载一次,所以这种写法也是线程安全的:

public class Singleton { 
    private static class Holder { 
        private static Singleton singleton = new Singleton(); 
    }
    private Singleton(){} 
    public static Singleton getSingleton(){ 
        return Holder.singleton; 
    }
}

但是,上面提到的所有实现方式都有两个共同的缺点:
都需要额外的工作(Serializable、transient、readResolve())来实现序列化,否则每次反序列化一 个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例。
可能会有人使用反射强行调用我们的私有构造器(如果要避免这种情况,可以修改构造器,让它在 创建第二个实例的时候抛异常)。

登记式:

 

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。

public class Singleton { 
    private static Map<String, Singleton> map = new HashMap<String, Singleton> (); 
    static { 
        Singleton single = new Singleton(); 
        map.put(single.getClass().getName(), single); 
    }
    // 保护的默认构造子 protected Singleton() { }
    // 静态工厂方法,返还此类惟一的实例 
    public static Singleton getInstance(String name) { 
        if (name == null) { 
            name = Singleton.class.getName(); 
            System.out.println("name == null" + "--->name=" + name); 
        }
        if (map.get(name) == null) { 
            try {
                map.put(name, (Singleton) Class.forName(name).newInstance());
            } catch (InstantiationException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } catch (IllegalAccessException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } catch (ClassNotFoundException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        }
        return map.get(name);
    }
}

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。

枚举写法:

当然,还有一种更加优雅的方法来实现单例模式,那就是枚举写法

public enum Singleton { 
    INSTANCE; 
    private String name; 
    public String getName(){ return name; }
    public void setName(String name){ this.name = name; }
}

使用枚举除了线程安全和防止反射强行调用构造器之外,还提供了自动序列化机制,防止反序列化
的时候创建新的对象。因此推荐尽可能地使用枚举来实现单例。
最后,不管采取何种方案,请时刻牢记单例的三大要点:
线程安全
延迟加载
序列化与反序列化安全

最后

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