JAVA中單例模式的幾種實現方式

1 線程不安全的實現方法

首先介紹java中最基本的單例模式實現方式，我們可以在一些初級的java書中看到。這種實現方法不是線程安全的，所以在項目實踐中如果涉及到線程安全就不會使用這種方式。但是如果不需要保證線程安全，則這種方式還是不錯的，因為所需要的開銷比較小。下面是具體的實現代碼：

 

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

 

我們說過這種實現方式不是thread-safe的，那么可以把上面的方法變成線程安全的嗎？當然可以，在方法getInstance()上加上synchronized修飾符就可以實現方法的同步了。但是這樣系統開銷會很大。具體代碼如下：

 

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

每次有線程調用getInstance()方法，都需要同步判斷。這顯然不是最好的選擇，下面將會陸續介紹幾種thread-safe的方法。

 

2 兩種lazy loaded thread-safe的單例模式實現方式

1) DCL (double checked locking 實現法)

    double checked locking ，顧名思義，就是雙檢查法，檢查實例INSTANCE是否為null或者已經實例化了。下面是具體的實現代碼：

public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;
 
     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}
 
     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

這種方法也很好理解，我們可以看到有兩次對instance是否為null的判斷：如果第一次判斷不為空，則直接返回實例就可以了；如果instance為空，則進入同步代碼塊再進行null值判斷，再選擇是否實例化。第一個null判斷可以減少系統的開銷。在實際項目中做過多線程開發的都應該知道DCL。

 

2) lazy initialization holder class 模式實現法

下面是這種方法的實現代碼：

public class Singleton {
    /**
     * 類級的內部類，也就是靜態的成員式內部類，該內部類的實例與外部類的實例
     * 沒有綁定關系，而且只有被調用到才會裝載，從而實現了延遲加載
     */
    private static class SingletonHolder{
        /**
         * 靜態初始化器，由JVM來保證線程安全
         */
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    /**
     * 私有化構造方法
     */
    private Singleton(){
    }
    public static  Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

 

當getInstance方法第一次被調用的時候，它第一次讀取SingletonHolder.instance，導致SingletonHolder類得到初始化；而這個類在裝載並被初始化的時候，會初始化它的靜態域，從而創建Singleton的實例，由於是靜態的域，因此只會被虛擬機在裝載類的時候初始化一次，並由虛擬機來保證它的線程安全性。這個模式的優勢在於，getInstance方法並沒有被同步，並且只是執行一個域的訪問，因此延遲初始化並沒有增加任何訪問成本。

 

關於延遲初始化（lazy loaded）

“除非絕對必要，否則就不要延遲初始化”。延遲初始化是一把雙刃劍，它降低了初始化類或者創建實例的開銷，卻增加了訪問被延遲初始化的域的開銷，考慮到延遲初始化的域最終需要初始化的開銷以及域的訪問開銷，延遲初始化實際上降低了性能。

 

3 靜態工廠實現法

  因為單例是靜態的final變量，當類第一次加載到內存中的時候就初始化了，其thread-safe性由JVM來負責保證。值得注意的是這個實現方式不是lazy-loadedd的。   具體實現代碼如下：

public class Singleton{
    //initailzed during class loading
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 
    private Singleton(){}
 
    public static Singleton getSingleton(){
        return INSTANCE;
    }
}

 

4 枚舉實現單例（Enum Singleton）

  枚舉單例（Enum Singleton）是實現單例模式的一種新方式，枚舉這個特性是在Java5才出現的，在《Effective Java》一書中有介紹這個特性。下面是這種方法的具體實現代碼：

public enum Singleton {  
    INSTANCE("hello") {  
        public void someMethod() {  
            // . . .  
        }  
    };  
    private String name;
    private void PrintName(){System.out.println(name);}
    protected abstract void someMethod();  
} 

你可以通過Singleton.INSTANCE來訪問該單示例變量。默認枚舉實例的創建是線程安全的，但是在枚舉中的其他任何方法由程序員自己負責。如果你正在使用實例方法，那么你需要確保線程安全（如果它影響到其他對象的狀態的話）。傳統單例存在的另外一個問題是一旦你實現了序列化接口，那么它們不再保持單例了，但是枚舉單例，JVM對序列化有保證。枚舉實現單例的好處：有序列化和線程安全的保證，代碼簡單。