Java设计模式-单利模式

Posted 2020-12-29 小勇DW3

单例模式

作为对象的创建模式，单例模式确保其某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类。单例模式有以下特点：

1、单例类只能有一个实例

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例

3、单例类必须给其他所有对象提供这一实例

下面看一下单例模式的三种写法，除了这三种写法，静态内部类的方式、静态代码块的方式、enum枚举的方式也都可以，不过异曲同工，这三种方式就不写了。

 

首先声明就是 在我们项目工程中 我们完全不用使用懒汉式 因为有锁使用的地方就有效率低的存在； 

 

饿汉式

顾名思义，饿汉式，就是使用类的时候不管用的是不是类中的单例部分，都直接创建出单例类，看一下饿汉式的写法：

public class SingleEager {
    
    public static SingleEager se = new SingleEager();
    
    public static SingleEager getInstance()
    {
        return se;
    }

}

这就是饿汉式单例模式的写法，也是一种比较常见的写法。这种写法会不会造成竞争，引发线程安全问题呢？答案是不会。

可能有人会觉得奇怪：第3行，CPU执行线程A，实例化一个EagerSingleton，没有实例化完，CPU就从线程A切换到线程B了，线程B此时也实例化这个EagerSingleton，然后EagerSingleton被实例化出来了两次，有两份内存地址，不就有线程安全问题了吗？

没关系，我们完全不需要担心这个问题，JDK已经帮我们想到了。Java虚拟机2：Java内存区域及对象，文中可以看一下对象创建这一部分，没有写得很详细，其实就是"虚拟机采用了CAS配上失败重试的方式保证更新更新操作的原子性和TLAB两种方式来解决这个问题"。

 

懒汉式

同样，顾名思义，这个人比较懒，只有当单例类用到的时候才会去创建这个单例类，看一下懒汉式的写法：

public class LazySingleton
{
    private static LazySingleton instance = null;
    
    private LazySingleton()
    {
        
    }
    
    public static LazySingleton getInstance()
    {
        if (instance == null)
            instance = new LazySingleton();
        return instance;
    }
}

这种写法基本不用，因为这是一种线程非安全的写法。试想，线程A初次调用getInstance()方法，代码走到第12行，线程此时切换到线程B，线程B走到12行，看到instance是null，就new了一个LazySingleton出来，这时切换回线程A，线程A继续走，也new了一个LazySingleton出来。这样，单例类LazySingleton在内存中就有两份引用了，这就违背了单例模式的本意了。

可能有人会想，CPU分的时间片再短也不至于getInstance()方法只执行一个判断就切换线程了吧？问题是，万一线程A调用LazySingleton.getInstance()之前已经执行过别的代码了呢，走到12行的时候刚好时间片到了，也是很正常的。

 

双检锁【其实这个地方叫做 带锁的双检懒汉式单利模式】

既然懒汉式是非线程安全的，那就要改进它。最直接的想法是，给getInstance方法加锁不就好了，但是我们不需要给方法全部加锁啊，只需要给方法的一部分加锁就好了。

双检的目的是为了提高效率，当第一次线程创建了实例对象后，后边进入的线程通过判断第一个是否为null，可以直接不用走入加锁的代码区；

基于这个考虑，引入了双检锁（Double Check Lock，简称DCL）的写法：

public class DoubleCheckLockSingleton
{
    private static DoubleCheckLockSingleton instance = null;
    
    private DoubleCheckLockSingleton()
    {
        
    }
    
    public static DoubleCheckLockSingleton getInstance()
    {
        if (instance == null)
        {
            synchronized (DoubleCheckLockSingleton.class)
            {
                if (instance == null)
                    instance  = new DoubleCheckLockSingleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

双检锁的写法是不是线程安全的呢？是的，至于为什么，不妨以分析懒汉式写法的方式分析一下双检锁的写法。

线程A初次调用DoubleCheckLockSingleton.getInstance()方法，走12行，判断instance为null，进入同步代码块，此时线程切换到线程B，线程B调用DoubleCheckLockSingleton.getInstance()方法，由于同步代码块外面的代码还是异步执行的，所以线程B走12行，判断instance为null，等待锁。结果就是线程A实例化出了一个DoubleCheckLockSingleton，释放锁，线程B获得锁进入同步代码块，判断此时instance不为null了，并不实例化DoubleCheckLockSingleton。这样，单例类就保证了在内存中只存在一份。

 

单例模式在Java中的应用及解读

Runtime是一个典型的例子，看下JDK API对于这个类的解释"每个Java应用程序都有一个Runtime类实例，使应用程序能够与其运行的环境相连接，可以通过getRuntime方法获取当前运行时。应用程序不能创建自己的Runtime类实例。"，这段话，有两点很重要：

1、每个应用程序都有一个Runtime类实例

2、应用程序不能创建自己的Runtime类实例

只有一个、不能自己创建，是不是典型的单例模式？看一下，Runtime类的写法：

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); //使用饿汉式

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance 
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object. 
     * 
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() { 
    return currentRuntime;
    }

    /** Don\'t let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

    ...
}

 

后面的就不黏贴了，到这里已经足够了，看到Runtime使用getRuntime()方法并让构造方法私有保证程序中只有一个Runtime实例且Runtime实例不可以被用户创建。

 

单例模式的好处

作为一种重要的设计模式，单例模式的好处有：

1、控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问

2、控制实例的产生，以达到节约资源的目的

3、控制数据的共享，在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的进程或线程之间实现通信