【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）

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

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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。