23種設(shè)計(jì)模式第四篇：java單例模式

定義：

        單例模式，是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式。在它的核心結(jié)構(gòu)中只包含一個(gè)被稱(chēng)為單例的特殊類(lèi)。通過(guò)單例模式可以保證系統(tǒng)中一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例。即一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)對(duì)象實(shí)例。

特點(diǎn)：

       1、單例類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例。
　　2、單例類(lèi)必須自己自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
　　3、單例類(lèi)必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例

單例模式的要點(diǎn)：

    1、私有的構(gòu)造方法
    2、指向自己實(shí)例的私有靜態(tài)引用
    3、以自己實(shí)例為返回值的靜態(tài)的公有的方法

單例模式根據(jù)實(shí)例化對(duì)象時(shí)機(jī)的不同分為兩種：

        一種是餓漢式單例，一種是懶漢式單例。
        餓漢式單例在單例類(lèi)被加載時(shí)候，就實(shí)例化一個(gè)對(duì)象交給自己的引用；而懶漢式在調(diào)用取得實(shí)例方法的時(shí)候才會(huì)實(shí)例化對(duì)象。

代碼如下：

餓漢式單例

public class Singleton { 
  private static Singleton singleton = new Singleton(); 
  private Singleton(){} 
  public static Singleton getInstance(){ 
    return singleton; 
  } 
}

懶漢式單例

public class Singleton { 
  private static Singleton singleton; 
  private Singleton(){} 

  public static synchronized Singleton getInstance(){ 
    if(singleton==null){ 
      singleton = new Singleton(); 
    } 
    return singleton; 
  } 
} 

單例模式還有一種比較常見(jiàn)的形式：雙重鎖的形式

public class Singleton{  
  private static volatile Singleton instance=null;  
  private Singleton(){    
  //do something
  }  
  public static Singleton getInstance(){    
    if(instance==null){      
      synchronized(SingletonClass.class){        
        if(instance==null){
          instance=new Singleton();
        }
      }
    }    
  return instance;
   }
}

        這個(gè)模式將同步內(nèi)容下方到if內(nèi)部，提高了執(zhí)行的效率，不必每次獲取對(duì)象時(shí)都進(jìn)行同步，只有第一次才同步，創(chuàng)建了以后就沒(méi)必要了。

        這種模式中雙重判斷加同步的方式，比第一個(gè)例子中的效率大大提升，因?yàn)槿绻麊螌觟f判斷，在服務(wù)器允許的情況下，假設(shè)有一百個(gè)線程，耗費(fèi)的時(shí)間為100*（同步判斷時(shí)間+if判斷時(shí)間），而如果雙重if判斷，100的線程可以同時(shí)if判斷，理論消耗的時(shí)間只有一個(gè)if判斷的時(shí)間。

        所以如果面對(duì)高并發(fā)的情況，而且采用的是懶漢模式，最好的選擇就是雙重判斷加同步的方式。

單例模式的優(yōu)點(diǎn)：

    1、在內(nèi)存中只有一個(gè)對(duì)象，節(jié)省內(nèi)存空間。
    2、避免頻繁的創(chuàng)建銷(xiāo)毀對(duì)象，可以提高性能。
    3、避免對(duì)共享資源的多重占用。
    4、可以全局訪問(wèn)。

單例模式的優(yōu)點(diǎn)：

    1、擴(kuò)展困難，由于getInstance靜態(tài)函數(shù)沒(méi)有辦法生成子類(lèi)的實(shí)例。如果要拓展，只有重寫(xiě)那個(gè)類(lèi)。
    2、隱式使用引起類(lèi)結(jié)構(gòu)不清晰。
    3、導(dǎo)致程序內(nèi)存泄露的問(wèn)題。

適用場(chǎng)景：

        由于單例模式的以上優(yōu)點(diǎn)，所以是編程中用的比較多的一種設(shè)計(jì)模式。以下為使用單例模式的場(chǎng)景：
        1、需要頻繁實(shí)例化然后銷(xiāo)毀的對(duì)象。
        2、創(chuàng)建對(duì)象時(shí)耗時(shí)過(guò)多或者耗資源過(guò)多，但又經(jīng)常用到的對(duì)象。
        3、資源共享的情況下，避免由于資源操作時(shí)導(dǎo)致的性能或損耗等
        4、控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。

單例模式注意事項(xiàng)： 

        只能使用單例類(lèi)提供的方法得到單例對(duì)象，不要使用反射，否則將會(huì)實(shí)例化一個(gè)新對(duì)象。
        不要做斷開(kāi)單例類(lèi)對(duì)象與類(lèi)中靜態(tài)引用的危險(xiǎn)操作。
        多線程使用單例使用共享資源時(shí)，注意線程安全問(wèn)題。

關(guān)于Java中單例模式的一些常見(jiàn)問(wèn)題：

單例模式的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不用會(huì)被jvm垃圾收集器收集嗎

        除非人為地?cái)嚅_(kāi)單例中靜態(tài)引用到單例對(duì)象的聯(lián)接，否則jvm垃圾收集器是不會(huì)回收單例對(duì)象的。
jvm卸載類(lèi)的判定條件如下：
        1，該類(lèi)所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是java堆中不存在該類(lèi)的任何實(shí)例。
        2，加載該類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收。
        3，該類(lèi)對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類(lèi)的方法。
        只有三個(gè)條件都滿足，jvm才會(huì)在垃圾收集的時(shí)候卸載類(lèi)。顯然，單例的類(lèi)不滿足條件一，因此單例類(lèi)也不會(huì)被回收。

在一個(gè)jvm中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)單例嗎

        在分布式系統(tǒng)、多個(gè)類(lèi)加載器、以及序列化的的情況下，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)單例，這一點(diǎn)是無(wú)庸置疑的。那么在同一個(gè)jvm中，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生單例呢？使用單例提供的getInstance()方法只能得到同一個(gè)單例，除非是使用反射方式，將會(huì)得到新的單例。

代碼如下：

Class c = Class.forName(Singleton.class.getName()); 
Constructor ct = c.getDeclaredConstructor(); 
ct.setAccessible(true); 
Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();

這樣，每次運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生新的單例對(duì)象。所以運(yùn)用單例模式時(shí)，一定注意不要使用反射產(chǎn)生新的單例對(duì)象。 

在getInstance()方法上同步有優(yōu)勢(shì)還是僅同步必要的塊更優(yōu)優(yōu)勢(shì)？

        因?yàn)殒i定僅僅在創(chuàng)建實(shí)例時(shí)才有意義，然后其他時(shí)候?qū)嵗齼H僅是只讀訪問(wèn)的，因此只同步必要的塊的性能更優(yōu)，并且是更好的選擇。
        缺點(diǎn)：只有在第一次調(diào)用的時(shí)候，才會(huì)出現(xiàn)生成2個(gè)對(duì)象，才必須要求同步。而一旦singleton 不為null，系統(tǒng)依舊花費(fèi)同步鎖開(kāi)銷(xiāo)，有點(diǎn)得不償失。

單例類(lèi)可以被繼承嗎

        根據(jù)單例實(shí)例構(gòu)造的時(shí)機(jī)和方式不同，單例模式還可以分成幾種。但對(duì)于這種通過(guò)私有化構(gòu)造函數(shù)，靜態(tài)方法提供實(shí)例的單例類(lèi)而言，是不支持繼承的。
        這種模式的單例實(shí)現(xiàn)要求每個(gè)具體的單例類(lèi)自身來(lái)維護(hù)單例實(shí)例和限制多個(gè)實(shí)例的生成。但可以采用另外一種實(shí)現(xiàn)單例的思路：登記式單例，來(lái)使得單例對(duì)繼承開(kāi)放。

轉(zhuǎn)自：java知音

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