設計模式——Singleton單例模式

設計模式——Singleton單例模式

單例模式

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。

保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。比如配置文件、工具類、線程池、緩存、日誌對象等。

優點： 1、在內存裏只有一個實例，減少了內存的開銷，尤其是頻繁的創建和銷燬實例（比如管理學院首頁頁面緩存）。 2、避免對資源的多重佔用（比如寫文件操作）。

缺點：沒有接口，不能繼承，與單一職責原則衝突，一個類應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎麼樣來實例化。

單例模式的幾種實現方式

單例模式的實現有多種方式，如下所示：

餓漢模式

餓漢模式，類被加載的時候便創建了靜態成員，加載類時比較慢，運行時獲取對象的速度比較快，線程安全。

這種方式比較常用，但容易產生垃圾對象。

優點：沒有加鎖，執行效率會提高。

缺點：類加載時就初始化，浪費內存。

它基於 classloder機制避免了多線程的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實例化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是調用 getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化instance 顯然沒有達到 lazyloading 的效果。

public class Singleton {
    //唯一實例，並創建對象
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    //將構造函數私有化，不允許從外部直接創建對象
    private Singleton() {
        System.out.println("生成了一個實例。");
    }
    //通過公有靜態函數返回唯一實例
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

 

懶漢模式，線程不安全

這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支持多線程。因爲沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它並不算單例模式。這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全，在多線程不能正常工作。

public class Singleton2 {
    //唯一實例，只聲明
    private static Singleton2 singleton;
    //將構造函數私有化，不允許從外部直接創建對象
    private Singleton2() {
        System.out.println("生成了一個實例。");
    }
    //通過公有靜態函數返回唯一實例
    public static Singleton2 getInstance() {
        if(singleton==null){
            singleton=new Singleton2();
        }
        return singleton;
    }
}

 

懶漢模式，線程安全

這種方式具備很好的 lazyloading，能夠在多線程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。

優點：第一次調用才初始化，避免內存浪費。

缺點：必須加鎖synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。

getInstance() 的性能對應用程序不是很關鍵（該方法使用不太頻繁）。

public class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance;
    private Singleton3 (){}
    //使用synchronized關鍵字進行加鎖
    public static synchronizedSingleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }
}

 

懶漢模式，DCL

雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）

這種方式採用雙鎖機制，安全且在多線程情況下能保持高性能。

public class Singleton4 {
    private volatile static Singleton4 singleton;
    private Singleton4 (){}
    public static Singleton4 getSingleton() {
        //雙重校驗
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton4();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

登記式/靜態內部類

這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效，但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況，雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。

這種方式同樣利用了classloder 機制來保證初始化instance 時只有一個線程，因爲SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有顯示通過調用 getInstance 方法時，纔會顯示裝載 SingletonHolder 類，從而實例化 instance。

public class Singleton5 {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
    }
    private Singleton5 (){}
    public static final Singleton5 getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

 

總結

一般情況下，建議使用第1種餓漢方式，不建議使用第2種和第3種懶漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時，纔會使用第 5 種登記方式。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用4種雙檢鎖方式。