单例模式的几种写法的差异

Posted 2020-10-14 相信过程

设计模式：单例模式的几种写法的差异

1.单例模式的概念

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

• 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。

2.单例模式的几种写法

2.1饱汉模式

①基础的饱汉

饱汉，即已经吃饱，不着急再吃，饿的时候再吃。所以他就先不初始化单例，等第一次使用的时

候再初始化，即“懒加载”。

 

 

饱汉模式的核心就是懒加载。好处是启动速度快、节省资源，一直到实例被第一次访问，才需要初始化单例；小坏处是写起来麻烦，大坏处是线程不安全，if语句存在竞态条件。

单线程环境下,可以使用。

②饱汉-变种 1

最粗暴的犯法是用synchronized关键字修饰getInstance()方法，这样能达到绝对的线程安全。

 

 

变种1的好处是写起来简单，且绝对线程安全；坏处是并发性能极差，事实上完全退化到了串行。单例只需要初始化一次，但就算初始化以后，synchronized的锁也无法避开，从而getInstance()完全变成了串行操作。性能不敏感的场景建议使用。

③饱汉-变种 2

变种2是“臭名昭著”的DCL 1.0。

针对变种1中单例初始化后锁仍然无法避开的问题，变种2在变种1的外层又套了一层check，加上synchronized内层的check，即所谓“双重检查锁”（Double Check Lock，简称DCL）。

 

 

 

变种2的核心是DCL，看起来变种2似乎已经达到了理想的效果：懒加载+线程安全。可惜的是，正如注释中所说，DCL仍然是线程不安全的，由于指令重排序，你可能会得到“半个对象”。

④饱汉-变种 3

变种3专门针对变种2，可谓DCL 2.0

针对变种3的“半个对象”问题，变种3在instance上增加了volatile关键字，volatile避免指令重排序。

 

 

多线程环境下，变种3更适用于性能敏感的场景。

2.2饿汉模式

与饱汉相对，饿汉很饿，只想着尽早吃到。所以他就在最早的时机，即类加载时初始化单例，以后访问时直接返回即可。

 

 

饿汉的好处是天生的线程安全（得益于类加载机制），写起来超级简单，使用时没有延迟；坏处是有可能造成资源浪费（如果类加载后就一直不使用单例的话）。

单线程环境下，饿汉与饱汉在性能上没什么差别；但多线程环境下，由于饱汉需要加锁，饿汉的性能反而更优。

2.3Holder模式

我们既希望利用饿汉模式中静态变量的方便和线程安全；又希望通过懒加载规避资源浪费。Holder模式满足了这两点要求：核心仍然是静态变量，足够方便和线程安全；通过静态的Holder类持有真正实例，间接实现了懒加载。

 

 

相对于饿汉模式，Holder模式仅增加了一个静态内部类的成本，与饱汉的变种3效果相当（略优），都是比较受欢迎的实现方式。

2.4枚举模式

将枚举的静态成员变量作为单例的实例：

 

 

代码量比饿汉模式更少。但用户只能直接访问实例Singleton4.SINGLETON——事实上，这样的访问方式作为单例使用也是恰当的，只是牺牲了静态工厂方法的优点，如无法实现懒加载。

通过反编译（jad）打开语法糖，就看到了枚举类型的本质，简化如下：

 

 

本质上和饿汉模式相同，区别仅在于公有的静态成员变量。

3.几种单例模式的总结

上面的分析都忽略了反射和序列化的问题。通过反射或序列化，我们仍然能够访问到私有构造器，创建新的实例破坏单例模式。此时，只有枚举模式能天然防范这一问题。反射和序列化猴子还不太了解，但基本原理并不难，可以在其他模式上手动实现。

下面继续忽略反射和序列化的问题，做个总结回味一下：

实现方式	关键点	资源浪费	线程安全	多线程环境的性能足够优化
基础饱汉	懒加载	否	否	-
饱汉变种1	懒加载、同步	否	是	否
饱汉变种2	懒加载、DCL	否	否	-
饱汉变种3	懒加载、DCL、volatile	否	是	是
饿汉	静态变量初始化	是	是	是
Holder	静态变量初始化、holder	否	是	是
枚举	枚举本质、静态变量初始化	否	是	是

经验之谈：一般情况下，不建议使用饱汉模式中的第 1 种和基本饱汉，建议使用饿汉模式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用Holder模式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用饱汉模式中的第3种。