Java设计模型-五种单例模型

Posted 2021-01-03 TopCoderのZeze

一. 什么是单例模式

只需要某个类同时保留一个对象，不希望有更多对象，此时，我们则应考虑单例模式的设计。

单例模式的主要作用是保证在Java程序中，某个类只有一个实例存在。

单例模式有很多好处，它能够避免实例对象的重复创建，不仅可以减少每次创建对象的时间开销，还可以节约内存空间；

能够避免由于操作多个实例导致的逻辑错误。如果一个对象有可能贯穿整个应用程序，而且起到了全局统一管理控制的作用，那么单例模式也许是一个值得考虑的选择。

二. 单例模式的特点

1. 单例模式只能有一个实例。

2. 单例类必须创建自己的唯一实例。

3. 单例类必须向其他对象提供这一实例。

三. 单例模式VS静态类

在知道了什么是单例模式后，我想你一定会想到静态类，“既然只使用一个对象，为何不干脆使用静态类？”，这里我会将单例模式和静态类进行一个比较。

1. 单例可以继承和被继承，方法可以被override，而静态方法不可以。

2. 静态方法中产生的对象会在执行后被释放，进而被GC清理，不会一直存在于内存中。

3. 静态类会在第一次运行时初始化，单例模式可以有其他的选择，即可以延迟加载。

4. 基于2， 3条，由于单例对象往往存在于DAO层（例如sessionFactory），如果反复的初始化和释放，则会占用很多资源，而使用单例模式将其常驻于内存可以更加节约资源。

5. 静态方法有更高的访问效率。

6. 单例模式很容易被测试。

几个关于静态类的误解：

误解一：静态方法常驻内存而实例方法不是。

实际上，特殊编写的实例方法可以常驻内存，而静态方法需要不断初始化和释放。

误解二：静态方法在堆(heap)上，实例方法在栈(stack)上。

实际上，都是加载到特殊的不可写的代码内存区域中。

静态类和单例模式情景的选择：

情景一：不需要维持任何状态，仅仅用于全局访问，此时更适合使用静态类。

情景二：需要维持一些特定的状态，此时更适合使用单例模式。

单例模型的写法

1、饿汉模式

public class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        return instance;
    }
}

注解：初试化静态的instance创建一次。如果我们在Singleton类里面写一个静态的方法不需要创建实例，它仍然会早早的创建一次实例。而降低内存的使用率。

缺点：没有lazy loading的效果，从而降低内存的使用率。

2、懒汉模式

public class Singleton{
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        if(null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

注解:Singleton的静态属性instance中，只有instance为null的时候才创建一个实例，构造函数私有，确保每次都只创建一个，避免重复创建。
缺点：只在单线程的情况下正常运行，在多线程的情况下，就会出问题。例如：当两个线程同时运行到判断instance是否为空的if语句，并且instance确实没有创建好时，那么两个线程都会创建一个实例，因此需要加锁解决线程同步问题，实现如下：

public class Singleton{
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton newInstance(){
        if(null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

3、双重校验锁　

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {//2
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

注解：只有当instance为null时，需要获取同步锁，创建一次实例。当实例被创建，则无需试图加锁。
缺点：用双重if判断，复杂，容易出错。

4、静态内部类

public class Singleton{
    private static class SingletonHolder{
        public static Singleton instance = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}
    public static Singleton newInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

这种方式同样利用了类加载机制来保证只创建一个instance实例。它与饿汉模式一样，也是利用了类加载机制，因此不存在多线程并发的问题。不一样的是，它是在内部类里面去创建对象实例。这样的话，只要应用中不使用内部类，JVM就不会去加载这个单例类，也就不会创建单例对象，从而实现懒汉式的延迟加载。也就是说这种方式可以同时保证延迟加载和线程安全。

5、枚举

public enum Singleton{
    instance;
    public void whateverMethod(){}    
}　　

上面提到的四种实现单例的方式都有共同的缺点：

1）需要额外的工作来实现序列化，否则每次反序列化一个序列化的对象时都会创建一个新的实例。

2）可以使用反射强行调用私有构造器（如果要避免这种情况，可以修改构造器，让它在创建第二个实例的时候抛异常）。

       而枚举类很好的解决了这两个问题，使用枚举除了线程安全和防止反射调用构造器之外，还提供了自动序列化机制，防止反序列化的时候创建新的对象。因此，《Effective Java》作者推荐使用的方法。不过，在实际工作中，很少看见有人这么写。

总结

       本文总结了五种Java中实现单例的方法，其中前两种都不够完美，双重校验锁和静态内部类的方式可以解决大部分问题，平时工作中使用的最多的也是这两种方式。枚举方式虽然很完美的解决了各种问题，但是这种写法多少让人感觉有些生疏。个人的建议是，在没有特殊需求的情况下，使用第三种和第四种方式实现单例模式。