设计模式 - 浅谈单例模式
单例模式
模式功能说明:保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。这样可以避免在多个地方创建对象,从而节省系统资源,提高效率。
两种方式
饿汉式
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
在类加载时就完成了初始化,就不会产生线程不安全问题。但类加载较慢,但获取对象的速度快,是一种典型的以时间换空间的做法。
懒汉式
线程不安全
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化,这样做的好处是,如果没有用到该类,那么就不会实例化 uniqueInstance,从而节约资源。这个实现在多线程环境下是不安全的,如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ,并且此时 uniqueInstance 为 null,那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句,这将导致多次实例化 uniqueInstance。
线程安全
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
对 getUniqueInstance() 方法加锁,那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法,从而避免了多次实例化 uniqueInstance 的问题。但是当一个线程进入该方法之后,其它试图进入该方法的线程都必须等待,因此性能上有一定的损耗。
存在问题1:在 uniqueInstance == null 的情况下,如果两个线程同时执行 if 语句,那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作,但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句,只是先后的问题,那么就会进行两次实例化,从而产生了两个实例。
存在问题2:uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行。
- 分配内存
- 空间初始化
- 对象将 uniqueInstance 指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性,有可能执行顺序变为了 1>3>2,这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程下,有可能获得是一个还没有被初始化的实例,以致于程序出错。
双重校验锁-线程安全
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
使用volatile
可以禁止 JVM 的指令重排,保证在多线程环境下也能正常运行。 使用两个 if 语句避免产生了两个实例。
静态内部类实现
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
当 Singleton 类加载时,静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载,此时初始化 INSTANCE 实例。这种方式不仅具有延迟初始化的好处,而且由虚拟机提供了对线程安全的支持。
这种方式利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程。
枚举实现
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("Do something");
}
}
枚举实现单例模式是最简洁、易用且线程安全的一种方式。在Java中,每一个枚举类型及其定义的枚举变量在JVM中都只存在一份,保证了枚举类型的实例是单例的。 这种方式实现的单例模式不仅能保证线程安全,还能防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化,是实现单例模式的最佳方法。
总结
实现方式 | 原理 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|
饿汉式 | 依赖JVM的加载机制,保证单例只会创建一次 | 线程安全、获取快 | 创建不可控 |
普通懒汉式 | 按需加载 | 节约资源 | 线程不安全 |
同步锁模式 | synchronized | 线程安全 | 性能差 |
双重锁模式 | synchronized、volatile、多重判断 | 线程安全、节约资源 | 实现复杂 |
静态内部类模式 | 按需加载 | 线程安全、节约资源、实现简单 | 无 |
枚举类模式 | 依赖枚举机制 | 线程安全、只有序列化、简洁 | 创建实际不可控 |
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