【设计模式】单例模式 Singleton Pattern

目录

遇到问题

浓缩成需求

单例模式的实现方式

一、懒汉方式A(懒加载+线程不安全)

二、懒汉方式B(懒加载&线程安全)

三、预加载方式(预加载+线程安全)

四、双重锁方式(懒加载+线程安全)

[五、静态内部类方式 (懒加载+线程安全)](#五、静态内部类方式 (懒加载+线程安全))

六、枚举方式(预加载+线程安全)

如何选择?

应用场景


遇到问题

Java的对象,通常需要我们new出来,大多数时候,

  • 这种实例化是一种浪费,因为对于某个类,我们可能绝大多数代码,对它的访问、操作都是相同的。
  • 在高并发场景下,每次都new对象,还有脏数据的风险。

应对这种情况,我们很容易想到,只保持一个对象,并提供全局的访问,在并发的场景下,让它线程安全。

这个思路就是【单例模式】,精简一下:

浓缩成需求

**意图:**保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

**主要解决:**一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

**何时使用:**当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

**如何解决:**判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

**关键代码:**构造函数是私有的

java 复制代码
public class SingleObject {
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private,这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   //获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }

}

单例模式的实现方式

一、懒汉方式A(懒加载+线程不安全)

java 复制代码
public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:线程不安全

二、懒汉方式B(懒加载&线程安全)

java 复制代码
public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率

三、预加载方式(预加载+线程安全)

java 复制代码
public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    return instance;  
    }  
}

优点:没有加锁,执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化,浪费内存。

这个方式巧妙地利用了classloader 机制避免了多线程的同步问题

这里说的浪费,其实是可以接受的,毕竟单个类,内存占用也不会很夸张。如果是数以万计的类需要以这种模式提前加载,才会形成浪费。

四、双重锁方式(懒加载+线程安全)

java 复制代码
public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
            if (singleton == null) {  
                singleton = new Singleton();  
            }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

描述: 这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance() 的性能对应用程序很关键。

五、静态内部类方式 (懒加载+线程安全)

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

描述: 这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程,它跟第 3 种方式不同的是:第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果),而这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用,只有通过显式调用 getInstance 方法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。想象一下,如果实例化 instance 很消耗资源,所以想让它延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

六、枚举方式(预加载+线程安全)

java 复制代码
public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。

这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,也很少用。

不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

如何选择?

懒汉方式A/B:直接PASS掉

预加载方式:一般情况下使用

静态内部类方式:明确需要懒加载效果时使用

枚举方式:涉及反序列化创建对象时使用

双重锁方式:上述皆不满足,或有特殊需求时,使用

应用场景

1、要求生产唯一序列号。

2、WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。

3、创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

4、如Jackson库,使用时每次都要实例化ObjectMapper对象,可以通过单例模式进行封装。

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