設計模式之單例模式

什么是單例設計模式？

單例模式，是一種常用的軟件設計模式。在它的核心結構中只包含一個被稱為單例的特殊類。通過單例模式可以保證系統中，應用該模式的類一個類只有一個實例。即一個類只有一個對象實例。

 

類結構圖

 

 

 

具體實現

需要：

（1）將構造方法私有化，使其不能在類的外部通過new關鍵字實例化該類對象。

（2）在該類內部產生一個唯一的實例化對象，並且將其封裝為private static類型。

（3）定義一個靜態方法返回這個唯一對象。

 

實現一：立即加載 / “餓漢模式”

立即加載就是使用類的時候已經將對象創建完畢（不管以后會不會使用到該實例化對象，先創建了再說。很着急的樣子，故又被稱為“餓漢模式”），常見的實現辦法就是直接new實例化。

public class Singleton {

    // 將自身實例化對象設置為一個屬性，並用static、final修飾
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 構造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態方法返回該實例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

“餓漢模式”的優缺點：

優點：實現起來簡單，沒有多線程同步問題。

缺點：當類SingletonTest被加載的時候，會初始化static的instance，靜態變量被創建並分配內存空間，從這以后，這個static的instance對象便一直占着這段內存（即便你還沒有用到這個實例），當類被卸載時，靜態變量被摧毀，並釋放所占有的內存，因此在某些特定條件下會耗費內存。

 

實現二：延遲加載 / “懶漢模式”

延遲加載就是調用get()方法時實例才被創建（先不急着實例化出對象，等要用的時候才給你創建出來。不着急，故又稱為“懶漢模式”），常見的實現方法就是在get方法中進行new實例化。

public class Singleton {

    // 將自身實例化對象設置為一個屬性，並用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態方法返回該實例
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

“懶漢模式”的優缺點：

優點：實現起來比較簡單，當類SingletonTest被加載的時候，靜態變量static的instance未被創建並分配內存空間，當getInstance方法第一次被調用時，初始化instance變量，並分配內存，因此在某些特定條件下會節約了內存。

缺點：在多線程環境中，這種實現方法是完全錯誤的，根本不能保證單例的狀態。

 

實現三：線程安全的“懶漢模式”

public class Singleton {

    // 將自身實例化對象設置為一個屬性，並用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態方法返回該實例，加synchronized關鍵字實現同步
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優點：在多線程情形下，保證了“懶漢模式”的線程安全。

缺點：眾所周知在多線程情形下，synchronized方法通常效率低，顯然這不是最佳的實現方案。

 

實現四：DCL雙檢查鎖機制（DCL：double checked locking）

public class Singleton {

    // 將自身實例化對象設置為一個屬性，並用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態方法返回該實例
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次檢查instance是否被實例化出來，如果沒有進入if塊
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 某個線程取得了類鎖，實例化對象前第二次檢查instance是否已經被實例化出來，如果沒有，才最終實例出對象
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

方法四算是單例模式的最佳實現方式。內存占用率高，效率高，線程安全，多線程操作原子性。

 

參考
1、高洪岩，Java多線程編程核心技術，機械工業出版社

2、https://www.cnblogs.com/yinxiaoqiexuxing/p/5605338.html