单例模式

Posted 2021-01-25 lhy-549

  介绍

　　概述：单例（Singleton）模式要求一个类有且仅有一个实例，并且提供了一个全局的访问点。那么问题来了：如何绕过常规的构造器，

　　　　　提供一种机制来保证一个类只有一个实例？客户程序在调用某一个类时，它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，

　　　　　Singleton模式其实相当于一种职责型模式。因为我们创建了一个对象，这个对象扮演了独一无二的角色。

• 什么是单例模式？

　　　　保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点

• 有什么作用？

　　　　单例有其独有的使用场景，一般是对于那些业务逻辑上限定不能多例只能单例的情况，例如：类似于计数器之类的存在，

　　　　一般都需要使用一个实例来进行记录，若多例计数则会不准确。

• 应用场景

　　　　举个例子：

　　　　在我们的windows桌面上，我们打开了一个回收站，当我们试图再次打开一个新的回收站时，Windows系统并不会

　　　　为你弹出一个新的回收站窗口。也就是说在整个系统运行的过程中，系统只维护一个回收站的实例。这就是个单例模式运用。

　　　　就像企业只能有一个老板，有且只有一个。　　　

  实现方式

• 饿汉模式

　　    最基本的思路，就是将类的构造器私有化，那么就不能在外部调用 new 创建实例了。

　　   其次，通过调用静态方法获取实例。

　　

 1 // 一般情况来说，这种方式就够用了！
 2 
 3 public class Boss {
 4     private Boss() {}
 5 
 6     private static Boss instance = new Boss();
 7 
 8     public static Boss getInstance() {
 9         return instance;
10     }
11 }

 

• 懒汉模式以及演进

 

　　　　饿汉模式的问题在于，即使没有用到 boss，它也会被实例化，有些浪费空间…

　　　　而懒汉模式就是让 boss 只在用到的时候才去加载。

　　　　其设计的思路及代码如下:

　　　　

 1 public class Boss {
 2     // 1. 私有化构造器
 3     private Boss {}
 4 
 5     // 2. 定义实例的变量
 6     private static Boss instance;
 7 
 8     // 3. 通过静态方法创建或返回实例
 9     public static Boss getInstance () {
10         if (instance == null) {
11             instance = new Boss();  // 虽然构造器是私有的，但是可以在内部调用
12         }
13         return instance;
14     }
15 }

　　这种方法在单线程下没有任何问题，但是在多线程环境中，却可能会实例化出多个对象。也就是说，它并不是线程安全的。为了解决这个问题，需要对 getInstance 加锁:

　　

 1 public class Boss {
 2     // 1. 私有化构造器
 3     private Boss {}
 4 
 5     // 2. 定义实例的变量
 6     private static Boss instance;
 7 
 8     // 3. 通过静态方法创建或返回实例
 9     public synchronized static Boss getInstance () { // 通过锁，将对此方法的调用变成串行的。这就防止了错误
10         if (instance == null) {
11             instance = new Boss();  // 虽然构造器是私有的，但是可以在内部调用
12         }
13         return instance;
14     }
15 }

上述加锁的方式，可以保证正确实例化对象。但是，因为在方法上加了锁，使得获取单例对象的效率过低。这时候，需要兼顾线程安全和效率，就出现了双重检查锁的概念:

 1 // 1. 将构造器私有化
 2 private Boss() {}
 3 
 4 // 2. 初始化一个静态变量
 5 private static volatile Boss instance = null;
 6 
 7 // 3. 构造一个静态方法，通过它初始化或返还对象
 8 public static Boss getInstance() {
 9     // 双重检查锁机制
10     if (instance == null) {
11         synchronized (Boss.class) {
12             if (instance == null) {
13                 instance = new Boss();
14             }
15         }
16     }
17     return instance;
18 }

  其中:

•  synchronized ：块尽量缩小了锁定的范围，提高效率
•  volatile ：是为防止编译器指令重排而导致双重检查锁失效

  另外:

• 指令重排本是为了优化代码执行效率而存在的，虽然在单线程中效果拔群，但是在多线程中却能带来麻烦。 volatile  可以要求编译器不要做指令重排。

• 静态内部类（实现）

　　　 这是相对来说，非常优秀的一种实现。在很多地方，推荐使用这种方式。

 1 public class Boss {
 2     // 1. 将构造器私有化
 3     private Boss() { }
 4 
 5     // 2. 充分利用了静态内部类的特性，在里面初始化 Boss 实例
 6     //    - 只会被初始化一次
 7     //    - 只有当静态内部类内部的属性、方法等被调用的时候，静态内部类才会被加载
 8     static class Singleton {
 9         private final static Boss INSTANCE = new Boss();
10     }
11 
12     // 3. 提供一个公共方法，获取实例化好之后的对象
13     public static Boss getInstance() {
14         return Singleton.INSTANCE;
15     }
16 }

 

 

 

• 枚举类

　　ENUM 应该是最简单，也是最好的一种实现单例模式的方式。

　　它充分利用了 JVM 的特性，既保证了线程安全，又保证了延迟加载。

 

 1 enum Boss {
 2     INSTANCE;
 3 
 4     public void sayHello () {
 5         System.out.println("hello");
 6     }
 7 }
 8 
 9 public class Main {
10     public static void main (String... args) {
11         Boss theBoss = Boss.INSTANCE;  // 获取实例
12         theBoss.sayHello();            // 调用方法
13     }
14 }