Java 單例模式詳細(xì)解釋

更新時間：2021年11月03日 09:11:46 作者：weixin_43893423

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java中四種單例模式的相關(guān)資料，其中包括餓漢式、懶漢式、懶漢式(雙重鎖)及內(nèi)部類等四種，分別給出了詳細(xì)的示例代碼和介紹，需要的朋友們下面來一起看看吧。

餓漢式

/**
 * 餓漢式
 * 類加載到內(nèi)存后，就是實例化一個單例，JVM保證線程安全
 * 簡單使用：推薦使用
 * 唯一缺點：不管用與不用，類加載時就會完成實例化
 */
public class Demo01 {
	//開始先新建一個對象
    private static final Demo01 INSTANCE = new Demo01();
	//構(gòu)造
    private Demo01(){};
	//調(diào)用 getInstance 方法時返回 INSTANCE，唯一創(chuàng)建的對象
    public static Demo01 getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Demo01 m1 = Demo01.getInstance();
        Demo01 m2 = Demo01.getInstance();
        //結(jié)果為true
        System.out.println(m1 == m2);
    }
}

單例模式（餓漢式）優(yōu)點：餓漢式是典型的空間換時間，當(dāng)類裝載的時候就會創(chuàng)建類實例，不管你用不用，先創(chuàng)建出來，然后每次調(diào)用的時候，就不需要再判斷了，節(jié)省了運行時間。
缺點：不管用與不用，類加載時就會完成實例化，會浪費一定的內(nèi)存空間
改進(jìn)方法：讓對象在使用的時候在進(jìn)行創(chuàng)建。------>  懶漢式

懶漢式

/**
 * 懶漢式
 * 類加載到內(nèi)存后，就是實例化一個單例，JVM保證線程不安全
 * 唯一缺點：雖然達(dá)到了按需的目的，但卻帶來線程不安全問題
 */
public class Demo02 {
    private static Demo02 INSTANCE ;
    private Demo02(){};
    public static Demo02 getInstance(){
        //判斷 INSTANCE 是否為空
       if(INSTANCE == null){
           try{
               Thread.sleep(1);
           }catch (InterruptedException e){
               e.printStackTrace();
           }
           INSTANCE = new Demo02();
       }
       return INSTANCE;
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            new Thread(()->
            //輸出該對象的hashcode值，通過對比值是否相等來判斷是不是唯一的對象
                    System.out.println(Demo02.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

單例模式（懶漢式）優(yōu)點：懶漢式是典型的時間換空間，也就是每次獲取實例都會進(jìn)行判斷，看是否需要創(chuàng)建實例，浪費判斷的時間。當(dāng)然，如果一直沒有人使用的話，那就不會創(chuàng)建實例，則節(jié)約內(nèi)存空間。
缺點：懶漢式在多個線程進(jìn)行訪問時有可能會出現(xiàn)多個不同的對象。
改進(jìn)方法：對創(chuàng)建方法getInstance加鎖    ------>   懶漢式（加鎖synchronized）

懶漢式（加鎖synchronized）

/**
 * 懶漢式(加鎖)
 * 類加載到內(nèi)存后，就是實例化一個單例，給創(chuàng)建對象的方法的加鎖，JVM保證線程安全
 * 唯一缺點：雖然加鎖之后可以保證線程是安全的，但會使得整個方法變慢。
 */
public class Demo03 {
    private static Demo03 INSTANCE ;
    private Demo03(){};
    //方法加鎖
    public static synchronized Demo03 getInstance(){
        //業(yè)務(wù)邏輯
        //判斷 INSTANCE 是否為空
       if(INSTANCE == null){
           try{
               Thread.sleep(1);
           }catch (InterruptedException e){
               e.printStackTrace();
           }
           INSTANCE = new Demo03();
       }
       return INSTANCE;
    }
    public void m(){
        System.out.println("m");
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            new Thread(()->
                    System.out.println(Demo03.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

單例模式（懶漢式（加鎖））優(yōu)點：懶漢式（加鎖）可以保證線程的安全性，但是當(dāng)上鎖的方法getInstance中存在業(yè)務(wù)邏輯代碼時，會拉低整個對象創(chuàng)建過程中速度。
缺點：對整個方法加鎖，降低了方法運行的時間
改進(jìn)方法：對創(chuàng)建方法的程序塊進(jìn)行上鎖，業(yè)務(wù)邏輯代碼部分不上鎖  -------->懶漢式（部分加鎖synchronized）

懶漢式（部分加鎖synchronized）

/**
 * 懶漢式(部分加鎖)
 * 類加載到內(nèi)存后，就是實例化一個單例，給創(chuàng)建對象的方法的部分加鎖，降低時間
 */
public class Demo04 {
    private static Demo04 INSTANCE ;
    private Demo04(){};
    //方法加鎖
    public static Demo04 getInstance(){
        //業(yè)務(wù)邏輯
        //判斷 INSTANCE 是否為空
       if(INSTANCE == null){
           //對方法的部分代碼塊進(jìn)行上鎖
           synchronized (Demo04.class){
               try{
                   Thread.sleep(1);
               }catch (InterruptedException e){
                   e.printStackTrace();
               }
               INSTANCE = new Demo04();
           }
       }
       return INSTANCE;
    }
    public void m(){
        System.out.println("m");
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            new Thread(()->
                    System.out.println(Demo04.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

單例模式（部分加鎖懶漢式）優(yōu)點：加快了程序的運行，只對創(chuàng)建對象的部分進(jìn)行加鎖
缺點：通過if判斷后會有多個線程在等待線程資源，等第一個線程執(zhí)行完成后還會進(jìn)行第二個線程創(chuàng)建對象。
改進(jìn)方法：加入兩層if判斷可以防止該問題出現(xiàn) -------->雙層檢查鎖

懶漢式（DCL）

/**
 * 懶漢式(DCL)
 * Double Check Lock
 */
public class Demo04 {
    private static Demo04 INSTANCE ;
    private Demo04(){};
    //方法加鎖
    public static Demo04 getInstance(){
        //業(yè)務(wù)邏輯
        //判斷 INSTANCE 是否為空
       if(INSTANCE == null){
           //對方法的部分代碼塊進(jìn)行上鎖
           synchronized (Demo04.class){
               //再次進(jìn)行判斷，檢查 INSTANCE 是否為空
               if(INSTANCE == null){
                   try{
                       Thread.sleep(1);
                   }catch (InterruptedException e){
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
               INSTANCE = new Demo04();
           }
       }
       return INSTANCE;
    }
    public void m(){
        System.out.println("m");
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            new Thread(()->
                    System.out.println(Demo04.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

單例模式（懶漢式DCL）優(yōu)點：加快了對象創(chuàng)建的時間，同時保證了線程的安全性。
缺點：當(dāng)對象發(fā)生指令重排時，第二個線程雖然拿到了對象，但是是拿到的不完整的對象，容易出現(xiàn)問題
改進(jìn)方法：給該方法加上volatile關(guān)鍵字進(jìn)行上鎖可以防止指令重排問題。

延伸一下：為什么要用兩層if判斷呢？

答：因為使用兩層if可以提高方法的運行速度，因為if判斷消耗的時間較少，但是synchronized 消耗的時間卻很大。在外面加上一層if，可以幫助過濾掉很多線程訪問。

懶漢式（DCL）最終版

/**
 * 懶漢式(DCL)
 * Double Check Lock
 */
public class Demo04 {
    private static volatile Demo04 INSTANCE ;
    private Demo04(){};
    //方法加鎖
    public static Demo04 getInstance(){
        //業(yè)務(wù)邏輯
        //判斷 INSTANCE 是否為空
       if(INSTANCE == null){
           //對方法的部分代碼塊進(jìn)行上鎖
           synchronized (Demo04.class){
               //再次進(jìn)行判斷，檢查 INSTANCE 是否為空
               if(INSTANCE == null){
                   try{
                       Thread.sleep(1);
                   }catch (InterruptedException e){
                       e.printStackTrace();
                   }
               }
               INSTANCE = new Demo04();
           }
       }
       return INSTANCE;
    }
    public void m(){
        System.out.println("m");
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            new Thread(()->
                    System.out.println(Demo04.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

對 INSTANCE 進(jìn)行上鎖可以防止指令重排，保證對象的完整性。

延伸：DCL模式為什么要加上volatile ？

答：我們要從java對象創(chuàng)建過程和CPU亂序執(zhí)行兩個方面考慮。

java對象創(chuàng)建過程可分為：

1：內(nèi)存中分配空間
2：初始化對象
3：變量與對象關(guān)聯(lián)

當(dāng)發(fā)生指令重排是順序變?yōu)?/p>

1：內(nèi)存中分配空間
3：變量與對象關(guān)聯(lián)
2：初始化對象

第一個線程訪問時，發(fā)生指令重排，對象剛創(chuàng)建一半，還未對對象內(nèi)部的值進(jìn)行初始化賦值。此時第二個線程進(jìn)行訪問，此時他讀取到的就是創(chuàng)建到一半的對象，初始化為空的對象。最終就會導(dǎo)致對象不完整。

靜態(tài)內(nèi)部類

加載外部類時不會加載內(nèi)部類，只有第一次調(diào)用getInstance方法時，JVM才加載 Singleton04Holder 并初始化INSTANCE ，只有一個線程可以獲得對象的初始化鎖，其他線程無法進(jìn)行初始化，保證對象的唯一性。

public class Demo04 {
    private Demo04 () {
    }
    private static class Demo04Holder {
        private final static Demo04 INSTANCE = new Demo04 ();
    }
    public static Demo04 getInstance() {
        return Demo04Holder.INSTANCE;
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0; i<100; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Demo04.getInstance().hashCode());
            }).start();
        }
    }
}