單例模式的思想
想整理一些 java 併發相關的知識,不知道從哪開始,想起了單例模式中要考慮的線程安全,就從單例模式開始吧。
以前寫過單例模式,這裏再重新彙總補充整理一下,單例模式的多種實現。
單例模式那件小事,看了你不會後悔
單例模式不是一件小事,快回來看看
之前在第一篇文章說,單例模式的主要思想是:
- 將構造方法私有化( 聲明爲 private ),這樣外界不能隨意 new 出新的實例對象;
- 聲明一個私有的靜態的實例對象,供外界使用;
- 提供一個公開的方法,讓外界獲得該類的實例對象
這種說法看上去沒錯,但也好像不太準確。其實,就算外界能隨意 new 出新的實例對象,但只要我們保證我們每次使用的對象是唯一的,就可以。
單例模式的 N 種實現方式
餓漢式(線程安全,可用)
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton sSingleton = new Singleton();
public static Singleton getInstance() {
return sSingleton;
}
}
- 缺點: 類一加載的時候,就實例化,提前佔用了系統資源。
常量式(線程安全,可用)
public class Singleton {
private Singleton() {
}
public static final Singleton sSingleton = new Singleton();
}
將實例對象用 public static final
修飾,不提供公開方法獲取實例,直接通過 Singleton.sSingleton
獲取。
- 缺點:與餓漢式一樣,類一加載的時候,就實例化,提前佔用了系統資源。
懶漢式(線程不安全,併發場景不可用)
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton sSingleton;
public static Singleton getInstance() {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
return sSingleton;
}
}
- 缺點:第一次第一次加載時反應稍慢,線程不安全。
同步的懶漢式?(線程安全,可用,不建議使用)
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static Singleton sSingleton;
public synchronized static Singleton getInstance() {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
return sSingleton;
}
}
- 缺點:第一次加載時反應稍慢,每次調用
getInstance
都進行同步,造成不必要的同步開銷,這種模式一般不建議使用。
雙重檢查鎖 DCL (線程安全,大多數場景滿足需求,推薦使用)
public class Singleton {
private Singleton() {
}
/**
* volatile is since JDK5
*/
private static volatile Singleton sSingleton;
public static Singleton getInstance() {
if (sSingleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
// 未初始化,則初始instance變量
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
}
}
return sSingleton;
}
}
sSingleton = new Singleton() 不是一個原子操作。(XXX)故須加 volatile
關鍵字修飾,該關鍵字在 jdk1.5 之後版本纔有。
- 優點:資源利用率高,第一次執行getInstance時單例對象纔會被實例化,效率高。
- 缺點:第一次加載時反應稍慢,也由於Java內存模型的原因偶爾會失敗。在高併發環境下也有一定的缺陷,雖然發生的概率很小。DCL模式是使用最多的單例實現方式,它能夠在需要時才實例化單例對象,並且能夠在絕大多數場景下保證單例對象的唯一性,除非你的代碼在併發場景比較複雜或者低於jdk1.6版本下使用,否則這種方式一般能夠滿足需求。
靜態內部類(線程安全,推薦使用)
public class Singleton {
private Singleton () {
}
private static class InnerClassSingleton {
private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return InnerClassSingleton.sSingleton;
}
}
優點:推薦使用。
枚舉單例(線程安全,不建議使用)
public enum Singleton{
INSTANCE;
// 其它方法
public void doSomething(){
...
}
}
- 優點:枚舉實現單例很簡單,也很安全。
- 缺點:經驗豐富的 Android 開發人員都會盡量避免使用枚舉。官方文檔有說明:相比於靜態常量Enum會花費兩倍以上的內存。
另類實現——利用容器實現單例
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Singleton {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();
private Singleton() {
}
public static void registerService(String key, Object instance) {
if (!objMap.containsKey(key)) {
objMap.put(key, instance);
}
}
public static Object getService(String key) {
return objMap.get(key);
}
}
利用了 HashMap 容器 key 不可重複的特性。
- 優點:這種實現方式使得我們可以管理多種類型的單例,並且在使用時可以通過統一接口進行獲取操作,降低用戶使用成本,也對用戶隱藏了具體實現,降低耦合度。
- 缺點:沒有私有化構造方法,用戶可以 new 出新的實例對象。
防止反射破壞單例
前面的多種實現方法中,很多我們按照構造方法私有化的思想來實現的,我們知道,利用反射,仍然可以創建出新對象,這樣在反射場景中,這種思想實現的單例模式就失效了,那麼如何防止反射破壞單例模式呢?原理上就是在存在一個實例的情況下,再次調用構造方法時,拋出異常。下面以靜態內部類的單例模式爲例:
public class Singleton {
private static boolean flag = false;
private Singleton(){
synchronized(Singleton.class)
{
if(flag == false)
{
flag = !flag;
}
else
{
throw new RuntimeException("單例模式被侵犯!");
}
}
}
private static class InnerClassSingleton {
private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return InnerClassSingleton.sSingleton;
}
}
具體測試代碼,見 單例模式不是一件小事,快回來看看
防止序列化和反序列化破壞單例
通過序列化可以講一個對象實例寫入到磁盤中,通過反序列化再讀取回來的時候,即便構造方法是私有的,也依然可以通過特殊的途徑,創建出一個新的實例,相當於調用了該類的構造函數。要避免這個問題,我們需要在代碼中加入如下方法,讓其在反序列化過程中執行 readResolve 方法時返回 sSingleton 對象。
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return sSingleton;
}
結語
有沒有一種方式實現的單例模式在任何情況下都是一個單例呢?
——
有。就是上面說的枚舉單例。枚舉,就能保證在任何情況下都是單例的,並且是線程安全的。