单例模式java实现

Posted 2021-02-16 ivoo

概述：确保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。

关键点：

1. 构造函数不对外开放，一般为private。
2. 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象。
3. 确保单例类的对象有且只有一个，尤其在多线程情况下。
4. 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象

（1）饿汉模式

饿汉式单例模式（在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快）

public class EagerSingle {
    //饿汉模式单例
    //在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快
    private static EagerSingle single = new EagerSingle();//静态私有成员，已初始化

    private EagerSingle() {
        //私有构造函数
    }

    public static EagerSingle getInstance() {//静态，不用同步（类加载时已初始化，不会有多线程的问题）
        return single;
    }
}

（2）懒汉模式

懒汉模式声明一个静态对象，并且在用户第一次调用getInstance时进行初始化。

public class EagerSingleton {
    //饿汉模式单例
    //在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快
    private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();//静态私有成员，已初始化

    private EagerSingleton() {
        //私有构造函数
    }

    public static EagerSingleton getInstance() {//静态，不用同步（类加载时已初始化，不会有多线程的问题）
        return instance;
    }
}

synchronized关键字保证了同步，在多线程情况下单例的唯一性。

存在问题：即使instance已经存在，每次调用getInstance依然会进行同步，这样就会消耗不必要的资源。

总结：懒汉模式的优点是只有在使用时才会实例化单例对象，在一定程度上节约了资源；缺点是第一次加载时需要进行实例化，反应稍慢；最大问题是每次调用都会进行同步吗，造成不必要的同步开销。这种模式一般不建议使用。

（3）Double Check Lock（DCL）双重校验锁

DCL方式实现单例的优点是既能在需要时才初始化单例，又能保证线程安全，且单例对象初始化后调用getInstance不进行同步锁。

public class DCLSingleton {
    //Double Check Lock单例模式
    //懒汉模式的改进
    //但仍然存在隐患
    private static DCLSingleton instance = null;

    private DCLSingleton() {
    }

    public static DCLSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {//第一层判断主要是为了避免不必要的同步
            synchronized (DCLSingleton.class) {
                if (instance == null) {//第二层判空是为了在null情况下创建实例
                    instance = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

亮点在getInstance方法上，有两次判空。第一层判断主要是为了避免不必要的同步，第二层判空是为了在null情况下创建实例。

 

• 执行下面这行代码

single = new Singleton();

实际上并不是一个原子操作，这句代码实际做了3件事

1. 给Singleton的实例分配内存；
2. 调用Singleton()的构造函数，初始化成员字段
3. 将instance对象指向分配的内存空间（此时instance已经不是null了）

 

问题：但由于java编译器允许处理器乱序执行，上述顺序2、3是不能保证的，可能是1-2-3也可能是1-3-2；如果是后者，3执行了已经非空，再走2会出现问题，这就是DCL失效。

解决： volatile关键字

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

 

只需要加上volatile关键字，如上述代码操作就可以保证instance对象每次都是从主内存中读取的，就可以采用DCL来完成单例模式了。当然，volatile或多或少会影响到性能，但考虑到程序的正确性，牺牲点性能还是值得的。

总结：

• 优点：资源利用率高，第一次执行fetInstance时单例对象才会被实例化，效率高。
• 缺点：第一次加载时反应稍慢；由于java内存模型的原因偶尔会失败，在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然概率很小。
• DCL模式是使用最多的单例实现方式

 

（4）静态内部类单例模式

public class InnerSingleton {
    private InnerSingleton() {
    }

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

    /**
     * 静态内部类
     */
    private static class InnerSingletonHolder {
        private static final InnerSingleton instance = new InnerSingleton();
    }
}

 

总结：第一次加载InnerSingleton类时并不会初始化instance，只有在第一次调用InnerSingleton的getInstance方法时才会导致instance被初始化。因此，第一次调用getInstance方法会导致虚拟机加载InnerSingleton类，这种方法不仅能保证线程安全，也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，所以这也是一种推荐的单利模式实现方法

 

（5）枚举单例

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

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

 

震惊？没错！就是枚举！

• 写法简单；枚举在java种与普通类是一样的，不仅能够有字段，还能够有自己的方法。最重要的是默认枚举实例的创建时线程安全的，并且在任何情况下都是一个单例。
• 为什么这么说呢？　　在上述的集中单例模式实现种，在一个情况下他们都会出现重新创建对象的情况，那就是反序列化。

补充：　通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，然后再读回来，从而有效的获取一个实例。即使构造函数是私有的，反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，相当于调用该类的构造函数。