线程安全的单例模式的几种实现

Posted 2020-08-21 攻城狮

单例模式是一种常见的设计模式；Java Singleton 模式就为我们提供了这样实现的可能。使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，

有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

 
单例模式也是一种比较常见的设计模式，它到底能带给我们什么好处呢？其实无非是三个方面的作用：

     1、控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问；

     2、控制实例产生的数量，达到节约资源的目的。

     3、作为通信媒介使用，也就是数据共享，它可以在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的两个线程或者进程之间实现通信。

单例模式分三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三种。

单例模式有一下特点：

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。

线程安全的单例模式实现有几种思路，个人认为第2种方案最优雅：
1、饿汉式
2、借助内部类
3、普通加锁解决
4、双重检测，但要注意写法
如果单体模式继续扩展为N元单体模式，那就是对象池模式了

1. [代码]饿汉式单例

//在类被加载的时候，唯一实例已经被创建

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

2. [代码]借助内部类    

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

属于懒汉式单例，因为Java机制规定，内部类SingletonHolder只有在getInstance()方法第一次调用的时候才会被加载（实现了lazy），而且其加载过程是线程安全的。内部类加载的时候实例化一次instance。

 

3. [代码]普通加锁解决    

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

   publicstatic synchronized Singleton getInstance() {

if(instance == null) {
         instance = new Singleton();
      }
      return instance;
   }
}

 静态工厂方法,返回此类的唯一实例，当发现实例没有初始化的时候,才初始化
虽然解决了线程安全问题，但是每个线程调用getInstance都要加锁，我们想要只在第一次调用getInstance时加锁，请看下面的双重检测方案

 

4. [代码]双重检测方案    

public class Singleton {
   private static Singleton instance = null;
   private Singleton() { }
   public static Singleton getInstance() {
      if(instance == null) {
         synchronzied(Singleton.class) {
            Singleton temp = instance;
            if(temp == null) {
               temp = new Singleton();
               instance = temp
            }
         }
      }

      return instance;
   }
}

由于指令重排序问题，所以不可以直接写成下面这样：

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

但是如果instance实例变量用volatile修饰就可以了，volatile修饰的话就可以确保instance = new Singleton();对应的指令不会重排序，如下的单例代码也是线程安全的：

public class Singleton {
   private static volatile Singleton instance = null;
   private Singleton() { }
   public static Singleton getInstance() {
      if(instance == null) {
         synchronzied(Singleton.class) {
            if(instance == null) {
               instance = new Singleton();
            }
         }
      }

      return instance;
   }
}