單例模式

使用場景

實際的開發中,為了避免創建多個對象消耗過多的資源,或者某個類的對象只能有一個,所以就需要使用單例模式來確保某個類只能對外提供一個對象。

特點

  • 類的構造函數一般用private修飾,不對外公開
  • 一般通過一個靜態方法返回單例對象
  • 必須保證線程安全,即在多線程場景下能確保只有一個單例對象

實現方式

1、懶漢單例模式
public class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){  
        }
        
        public static synchronized Singleton getInstance(){
            if (instance == null){
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }

懶漢單例模式只有在第一次使用時才會初始化單例,一定程度上能節約資源,但反應會稍慢;通過synchronized關鍵字,保證了在多線程情況下單例的唯一性,但是在單例被第一次初始化后,再調用getInstance()方法還需要進行同步操作,這樣會造成不必的系統開銷。

2、雙重檢查鎖定單例模式(Double Check Lock)
public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton() {
    }

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

在getInstance()中,首先對instance進行非空判斷,避免多余的同步,這也解決了懶漢單例模式中每次同步的問題,接下來如果instance為空則創建其實例,當然這一步需要保證同步操作。

但這里有個隱藏問題,注意instance = new Singleton();這行代碼,它的執行可以分解為第三個步驟:(1)為instance實例分配內存。(2)執行Singleton構造函數來初始化instance。(3)將instance指向分配的內存。

但在JDK1.5前,上邊的(2)(3)無法保證按順序執行,如果按(1)(3)(2)順序,假如A線程執行完(3),(2)未執行就被切換到B線程,因為步驟(3)已經在A線程執行,則B線程直接取走了認為非空instance,這就導致雙重檢查鎖定的判斷失效。

在JDK1.5后,只要這樣聲明instance實:private volatile static Singleton instance;即添加volatile修飾符,這樣就可以保證instance每次都從主內存讀取,避免了上邊的問題,但會略影響性能。這種單例模式也是在第一次執行getInstance()時創建單例,但第一次反映稍慢。

這種方式目前使用的較多。

3、靜態內部類單例模式
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
}

這種方式只有在的第一次調用getInstance()方法時,虛擬機才會加載SingletonHolder類,并初始化instance實例,即保證了線程同步,也能保證單例的唯一性,相對雙重檢查鎖定單例模式簡單了許多,推薦使用這種方式來實現單例模式。

4、容器單例模式
public class SingletonManager {
    private static Map<String, Object> instanceMap = new HashMap<>();

    private SingletonManager() {
    }

    public static void addInstance(String key, Object instance) {
        if (!instanceMap.containsKey(key)) {
            instanceMap.put(key, instance);
        }
    }

    public Object getInstance(String key) {
        return instanceMap.get(key);
    }
}

采用Map集合管理對象的實例,保證實例的唯一性,這種方式多用于管理多種類的實例場景,同時你的類并不一定需要實現單例機制,因為SingletonManager可以解決這個問題。你只需在初始化時創建對應類的實例并調用addInstance(String key, Object instance)來進行保存,使用時調用getInstance(String key),即可根據key得到對應類的實例。

5、枚舉單例模式

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonEnum.INSTANCE.getInstance();
    }

    private enum SingletonEnum {
        INSTANCE;
        private Singleton instance;

        SingletonEnum() {
            instance = new Singleton();
        }

        public Singleton getInstance() {
            return instance;
        }
    }
}

這種寫法相對最簡單,并且枚舉實例的創建是線程安全的,并且任何情況只有一個單例。

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