【單例模式】java實現

概述：確保一個類只有一個實例，而且自行實例化並向整個系統提供這個實例。

關鍵點：

1. 構造函數不對外開放，一般為private。
2. 通過一個靜態方法或者枚舉返回單例類對象。
3. 確保單例類的對象有且只有一個，尤其在多線程情況下。
4. 確保單例類對象在反序列化時不會重新構建對象

（1）餓漢模式

餓漢式單例模式（在類加載時就完成了初始化，所以類加載較慢，但獲取對象的速度快）

public class EagerSingle {
    //餓漢模式單例
    //在類加載時就完成了初始化，所以類加載較慢，但獲取對象的速度快
    private static EagerSingle single = new EagerSingle();//靜態私有成員，已初始化

    private EagerSingle() {
        //私有構造函數
    }

    public static EagerSingle getInstance() {//靜態，不用同步（類加載時已初始化，不會有多線程的問題）
        return single;
    }
}

（2）懶漢模式

懶漢模式聲明一個靜態對象，並且在用戶第一次調用getInstance時進行初始化。

public class LazySingleton {
    //懶漢模式單例
    //比較懶，在類加載時不創建實例，因此類加載熟讀快，但運行時獲取對象速度慢
    private static LazySingleton instance;//靜態私有成員，沒有初始化

    private LazySingleton() {
        //私有構造函數
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {//靜態、同步、公開訪問
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

 

synchronized關鍵字保證了同步，在多線程情況下單例的唯一性。

存在問題：即使instance已經存在，每次調用getInstance依然會進行同步，這樣就會消耗不必要的資源。

總結：懶漢模式的優點是只有在使用時才會實例化單例對象，在一定程度上節約了資源；缺點是第一次加載時需要進行實例化，反應稍慢；最大問題是每次調用都會進行同步嗎，造成不必要的同步開銷。這種模式一般不建議使用。

（3）Double Check Lock（DCL）雙重校驗鎖

DCL方式實現單例的優點是既能在需要時才初始化單例，又能保證線程安全，且單例對象初始化后調用getInstance不進行同步鎖。

public class DCLSingleton {
    //Double Check Lock單例模式
    //懶漢模式的改進
    //但仍然存在隱患
    private static DCLSingleton instance = null;

    private DCLSingleton() {
    }

    public static DCLSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {//第一層判斷主要是為了避免不必要的同步
            synchronized (DCLSingleton.class) {
                if (instance == null) {//第二層判空是為了在null情況下創建實例
                    instance = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

亮點在getInstance方法上，有兩次判空。第一層判斷主要是為了避免不必要的同步，第二層判空是為了在null情況下創建實例。

 

• 執行下面這行代碼

single = new Singleton();

實際上並不是一個原子操作，這句代碼實際做了3件事

1. 給Singleton的實例分配內存；
2. 調用Singleton()的構造函數，初始化成員字段
3. 將instance對象指向分配的內存空間（此時instance已經不是null了）

 

問題：但由於java編譯器允許處理器亂序執行，上述順序2、3是不能保證的，可能是1-2-3也可能是1-3-2；如果是后者，3執行了已經非空，再走2會出現問題，這就是DCL失效。

解決： volatile關鍵字

//    private static DCLSingleton instance = null;
    private volatile static DCLSingleton instance = null;

 

只需要加上volatile關鍵字，如上述代碼操作就可以保證instance對象每次都是從主內存中讀取的，就可以采用DCL來完成單例模式了。當然，volatile或多或少會影響到性能，但考慮到程序的正確性，犧牲點性能還是值得的。

總結：

• 優點：資源利用率高，第一次執行getInstance時單例對象才會被實例化，效率高。
• 缺點：第一次加載時反應稍慢；由於java內存模型的原因偶爾會失敗，在高並發環境下也有一定的缺陷，雖然概率很小。
• DCL模式是使用最多的單例實現方式

 

（4）靜態內部類單例模式

public class InnerSingleton {
    private InnerSingleton() {
    }

    public static InnerSingleton getInstance() {
        return InnerSingletonHolder.instance;
    }

    /**
     * 靜態內部類
     */
    private static class InnerSingletonHolder {
        private static final InnerSingleton instance = new InnerSingleton();
    }
}

 

總結：第一次加載InnerSingleton類時並不會初始化instance，只有在第一次調用InnerSingleton的getInstance方法時才會導致instance被初始化。因此，第一次調用getInstance方法會導致虛擬機加載InnerSingleton類，這種方法不僅能保證線程安全，也能夠保證單例對象的唯一性，同時也延遲了單例的實例化，所以這也是一種推薦的單例模式實現方法

 

（5）枚舉單例

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        //do sth ...
    }
}

 

震驚？沒錯！就是枚舉！

• 寫法簡單；枚舉在java種與普通類是一樣的，不僅能夠有字段，還能夠有自己的方法。最重要的是默認枚舉實例的創建時線程安全的，並且在任何情況下都是一個單例。
• 為什么這么說呢？　　在上述的集中單例模式實現種，在一個情況下他們都會出現重新創建對象的情況，那就是反序列化。

補充：　通過序列化可以將一個單例的實例對象寫到磁盤，然后再讀回來，從而有效的獲取一個實例。即使構造函數是私有的，反序列化時依然可以通過特殊的途徑去創建類的一個新的實例，相當於調用該類的構造函數。