几种单例模式实现方式及其优缺点分析

Posted 2021-11-09 wenzhihong

什么是单例模式

确保一个类只有一个实例，也就是类有且仅有一个对象，并且提供一个全局的访问点，外部通过这个访问点来访问该类的唯一实例

单例模式的特点

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. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

几种常见的单例模式

单例模式的写法有好几种，这里主要介绍四种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例、枚举式单例

懒汉式单例

不着急实例化，需要用的时候才初始化

原始式

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    public static Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
    }
}

缺点：

1. 在反射面前没什么用，因为java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的；
2. 线程不安全，因为线程访问具有随机性，并发环境可能出现多个singleton实例

线程同步式

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton singleton = null;

    //为了保证多线程环境下正确访问，给方法加上同步锁synchronized
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

缺点：在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都有同步，会影响性能，毕竟99%是不需要同步的

双重锁检查式

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton3 singleton3 = null;

    //双重锁检查
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton3();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

优点：线程安全，且确保了只有第一次调用单例时才会做同步，避免了每次都同步的性能损耗；
缺点：双重锁降低了程序响应速度和性能

静态内部类式

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    //内部类的初始化需要依赖主类，需要先等主类实例化之后，内部类才能开始实例化
    private static class LazyHolder {
        //这里加final是为了防止内部将这个属性覆盖掉
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //这里加final是为了防止子类重写父类
    public static final Singleton getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：利用了classloader机制来保证初始化instance时只有一个线程，线程安全且没有性能损耗

饿汉式

类初始化的时候就立刻实例化，天生线程安全

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

缺点：多个消耗资源的单例同时实例化会影响系统的启动，如果后期这个单例没有被使用，会造成资源浪费

注册登记式

• 相当于有一个容器装载所有实例，在实例产生之前先检查下容器有没有，如果有就直接取出来，如果没有就先new一个放进去，然后给后面的人用，SpringIoc容器就是一种注册登记式单例
• 登记式单例实际上维护了一种单例类的实例，将这些实例存放在一个Map中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，没有登记的，则先登记，然后返回；
• 登记式单例内部实现其实还是用的饿汉式，因为其中的static方法块，它的的单例在类被装载时就被实例化了

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 注册登记式单例
 * 类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取
 */
public class Singleton {
    //Spring最底层的这个容器就是一个map，说白了，IOC容器就是一个map
    private static Map<String, Singleton> map = new ConcurrentHashMap<String, Singleton>();

    //每个class对应一个map的key，也就是唯一的id
    static {
        Singleton singleton = new Singleton();
        map.put(singleton.getClass().getName(), singleton);
    }

    //保护默认构造函数
    protected Singleton() {}

    //静态工厂方法，返回此类唯一的实例
    public static Singleton getInstance(String name) {
        if (name == null) {
            name = Singleton.class.getName();
        }
        if (map.get(name) == null) {
            try {
                map.put(name, (Singleton) Class.forName(name).newInstance());
            } catch (InstantiationException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return map.get(name);
    }
}

枚举式单例

• 这种方式不仅能解决多线程同步问题，而且能防止反序列化重新创建新的对象，不过由于jdk1.5中才加入enum特性，所以不常用

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void getInstance() {
    }
}