单例设计模式

Posted 2021-11-26 figsprite

   

 

 

　　 JVM将整个运行环境当做一个单例对象。

要点：

1. 某个类只能有一个实例。

• 构造器私有化

1. 它必须自行创建这个实例

• 含有一个该类的静态变量来保存这个唯一实例

1. 它必须自行向整个系统提供这个实例

• 对外提供获取该实例对象的方式

1. 直接暴露
2. 用静态变量的get方法获取

几种常见形式：

1. 饿汉式：直接创建对象，不存在线程安全问题
   1. 直接实例化饿汉式（简洁直观）
   2. 枚举式（最简洁）
   3. 静态代码块的饿汉式（适合复杂实例化）
2. 懒汉式：延迟创建对象
   1. 线程不安全（适用于单线程）
   2. 线程安全（使用与多线程）
   3. 静态内部类形式（适用于多线程）

饿汉就是很着急，想吃东西，无论我当前要不要这些实例，它都着急着把它创建出来。

懒汉就是很懒，不到万不得已，不会去做，

 

我们先来总结一下刚刚提到的几点：

• 构造器虚拟化
• 自行创建，用静态变量存储
• 向外提供这个实例（因为是用静态变量存储，所以可以通过类名调用）
• 强调单例，可以使用final修饰

先来写饿汉式的单例，直接创建这个对象，无论是否需要它：

    什么时候不需要这个静态对象呢？比如该类中含有静态方法，我可以通过类名直接调用，这时就没有这个对象啥事了，比如下图中的test()方法，但由于我们的INSTANCE是静态变量，在类加载时就已经创建，是不管test()用没用到的，都会创建出来。

 

在JDK1.5引入枚举之后，这种方式有更简洁的写法。

枚举类型，表示该类型对象是有限的几个，我们可以限定为一个，就成了单例。

非常简洁，但效果和我们之前写的第一种方法完全一样，获取方式也是可以通过类名.INSTANCE的方式获取。

 

第三种方式，看起来和第一种没啥太大区别，无非就是实例化使用静态代码块的方式实现，那我们什么时候回用到它？

比如说，我们有属性需要初始化：

 

这样写自然没问题，不过如果我们是通过配置文件的方式配置的，那该怎么办？

 

很显然，一二种方法很难做到这一点，第三种方法就可以在加载类时，将配置文件加载进来

 

 

 

为什么说饿汉模式不存在线程安全？因为JAVA中这些静态初始化的代码都会合成为<clinit>，<clinit>是线程安全方法，他们三个都是在类初始化的时候，直接创建的对象的。

 

接下来说说懒汉式：

要等到需要用这个单例时，我们才创建它，这样最初的时候instance应该是空的，为了避免外界在它还是空的时候通过类名.的方式获取，所以把instance设定为private。

在getInstance中，如果instance是空的，那么创建，如果不是，直接返回。

 

做一个测试：

 

                Singleton4 singleton1 = Singleton4.getInstance();
		Singleton4 singleton2 = Singleton4.getInstance();
		System.out.println(singleton1==singleton2);
		System.out.println(singleton1);
		System.out.println(singleton2);            

　　

 

在单线程情况下，这个是没有问题的，如果是多线程呢？

也可以做一个测试，通过线程池的方式：

 

                Callable<Singleton4> c = new Callable<Singleton4>() {

			@Override
			public Singleton4 call() throws Exception {
				
				return Singleton4.getInstance();
			}
			
		};
		
		ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
		Future<Singleton4> f1 = es.submit(c);
		Future<Singleton4> f2 = es.submit(c);
		
		Singleton4 s1 = f1.get();
		Singleton4 s2 = f2.get();
		
		System.out.println(s1==s2);
		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);

　　

为了看出效果，我们在创建单例时加一个休眠代码：

	public static Singleton4 getInstance() {
		if(instance==null) {
			
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			instance = new Singleton4();
		}
		return instance;
	}

　　

结果很显然，在线程1发现instance没有初始化时，会进入if块中初始化instance，在线程1还没有来得及创建instance时，切换到线程2，它也发现instance没有初始化，也进入if块中，因此出现了两个instance，不符合单例的要求

 

我们可以用一个很暴力的方式，直接用synchronize包住这些代码，将Singlgton.class作为锁对象

package singleton;

public class Singleton5 {
	private static Singleton5 instance;

	private Singleton5() {

	}

	public static Singleton5 getInstance() {
		synchronized (Singleton5.class) {
			if (instance == null) {

				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				instance = new Singleton5();
			}
			return instance;
		}
	}

}

　　

    做个测试：

 

    当然这还不是最优版，最初来的时候，instance还没初始化，为了安全我们使用了synchronize，但是后面的获取行为就没有必要使用这个及其影响性能的synchronize了，所以用一个if可以大大提高性能

package singleton;

public class Singleton6 {
	private static Singleton6 instance;

	private Singleton6() {

	}

	public static Singleton6 getInstance() {
		if(instance==null) {
			synchronized (Singleton6.class) {
				if (instance == null) {

					try {
						Thread.sleep(100);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					instance = new Singleton6();
				}
				
			}
		}
		
		return instance;
		
	}

}

　　

 

    最后一种是又简单，又有效的方式，在静态内部类加载初始化时，才创建INSTANCE实例对象，静态内部类不会自动随着外部类的加载和初始化而初始化，它是要单独去加载初始化的

package singleton;

public class Singleton7 {
	;
	
	private Singleton7() {
		
	}
	
	private static class Inner{
		private  static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
	}
	
	public static Singleton7 getInstance() {
		return Inner.INSTANCE;
	}
}