单例设计模式

Posted 2020-09-17 逆流而上

这是一种常见常说的设计模式

• 饿汉式
• 懒汉式

其核心思想是：

保证在一个JVM中只有一个实例对象

好处：

1.针对于某些类的创建比较频繁，对于一些很大的对象来说系统开销很大

2.节省new 操作符，降低内存使用频率，减轻了gc的压力

3.有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类被创建多个，那么系统久完全乱了。

（就相当于一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），

所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

 1 //饿汉式
 2 public class SingleInstance{
 3 //1.上来直接创建对象
 4   public static SingleInstance instance = new singleInstance();
 5 //2.私有化构造函数
 6   private SingleInstance(){
 7 
 8 }
 9 
10 //3.提供给外界的方法来调用，返回对象实例
11   public static SingleInstance getInstance(){
12        return instace;
13 }
14   
15 }
16 
17 //懒汉式
18 
19   public class SingleInstance{
20      //1.声明变量
21       private static SingleInstance instance =null;
22 //2.私有化构造
23   private SingleInstance(){
24 
25 }
26 //3.提供对外的方法
27   public static SingleInstance getInstance(){
28     if( instance == null ){
29     synchronized(SingleInstance.class){
30     if( instance == null ){
31     instance =new SingleInstance
32 }
33 }
34 }
35        return instance ;
36 }
37   
38 
39 }

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synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用

（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。

但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：

在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。

但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，

我们以A、B两个线程为例：

>A、B线程同时进入了第一个if判断

>A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

>由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。

>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序再做进一步优化

public class Singleton {  
2.  
3.    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
4.    private Singleton() {  
5.    }  
6.  
7.    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
8.    private static class SingletonFactory {  
9.        private static Singleton instance = new Singleton();  
10.    }  
11.  
12.    /* 获取实例 */  
13.    public static Singleton getInstance() {  
14.        return SingletonFactory.instance;  
15.    }  
16.  
17.    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
18.    public Object readResolve() {  
19.        return getInstance();  
20.    }  
21.} 

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使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。

尾声

采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）

其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。

再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。

最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，所以，二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！