Java 單例模式詳細(xì)解釋

更新時(shí)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(lái)一起看看吧。

餓漢式

/**
 * 餓漢式
 * 類加載到內(nèi)存后，就是實(shí)例化一個(gè)單例，JVM保證線程安全
 * 簡(jiǎn)單使用：推薦使用
 * 唯一缺點(diǎn)：不管用與不用，類加載時(shí)就會(huì)完成實(shí)例化
 */
public class Demo01 {
	//開(kāi)始先新建一個(gè)對(duì)象
    private static final Demo01 INSTANCE = new Demo01();
	//構(gòu)造
    private Demo01(){};
	//調(diào)用 getInstance 方法時(shí)返回 INSTANCE，唯一創(chuàng)建的對(duì)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(diǎn)：餓漢式是典型的空間換時(shí)間，當(dāng)類裝載的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建類實(shí)例，不管你用不用，先創(chuàng)建出來(lái)，然后每次調(diào)用的時(shí)候，就不需要再判斷了，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。
缺點(diǎn)：不管用與不用，類加載時(shí)就會(huì)完成實(shí)例化，會(huì)浪費(fèi)一定的內(nèi)存空間
改進(jìn)方法：讓對(duì)象在使用的時(shí)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(shí)例化一個(gè)單例，JVM保證線程不安全
 * 唯一缺點(diǎn)：雖然達(dá)到了按需的目的，但卻帶來(lái)線程不安全問(wèn)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(duì)象的hashcode值，通過(guò)對(duì)比值是否相等來(lái)判斷是不是唯一的對(duì)象
                    System.out.println(Demo02.getInstance().hashCode())
            ).start();
        }
    }
}

單例模式（懶漢式）優(yōu)點(diǎn)：懶漢式是典型的時(shí)間換空間，也就是每次獲取實(shí)例都會(huì)進(jìn)行判斷，看是否需要?jiǎng)?chuàng)建實(shí)例，浪費(fèi)判斷的時(shí)間。當(dāng)然，如果一直沒(méi)有人使用的話，那就不會(huì)創(chuàng)建實(shí)例，則節(jié)約內(nèi)存空間。
缺點(diǎn)：懶漢式在多個(gè)線程進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)不同的對(duì)象。
改進(jìn)方法：對(duì)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(shí)例化一個(gè)單例，給創(chuàng)建對(duì)象的方法的加鎖，JVM保證線程安全
 * 唯一缺點(diǎn)：雖然加鎖之后可以保證線程是安全的，但會(huì)使得整個(gè)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(diǎn)：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(shí)，會(huì)拉低整個(gè)對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程中速度。
缺點(diǎn)：對(duì)整個(gè)方法加鎖，降低了方法運(yùn)行的時(shí)間
改進(jìn)方法：對(duì)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(shí)例化一個(gè)單例，給創(chuàng)建對(duì)象的方法的部分加鎖，降低時(shí)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(duì)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(diǎn)：加快了程序的運(yùn)行，只對(duì)創(chuàng)建對(duì)象的部分進(jìn)行加鎖
缺點(diǎn)：通過(guò)if判斷后會(huì)有多個(gè)線程在等待線程資源，等第一個(gè)線程執(zhí)行完成后還會(huì)進(jìn)行第二個(gè)線程創(chuàng)建對(duì)象。
改進(jìn)方法：加入兩層if判斷可以防止該問(wèn)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(duì)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(diǎn)：加快了對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)間，同時(shí)保證了線程的安全性。
缺點(diǎn)：當(dāng)對(duì)象發(fā)生指令重排時(shí)，第二個(gè)線程雖然拿到了對(duì)象，但是是拿到的不完整的對(duì)象，容易出現(xiàn)問(wèn)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(wèn)題。

延伸一下：為什么要用兩層if判斷呢？

答：因?yàn)槭褂脙蓪觟f可以提高方法的運(yùn)行速度，因?yàn)閕f判斷消耗的時(shí)間較少，但是synchronized 消耗的時(shí)間卻很大。在外面加上一層if，可以幫助過(guò)濾掉很多線程訪問(wèn)。

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

延伸：DCL模式為什么要加上volatile ？

答：我們要從java對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程和CPU亂序執(zhí)行兩個(gè)方面考慮。

java對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程可分為：

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

第一個(gè)線程訪問(wèn)時(shí)，發(fā)生指令重排，對(duì)象剛創(chuàng)建一半，還未對(duì)對(duì)象內(nèi)部的值進(jìn)行初始化賦值。此時(shí)第二個(gè)線程進(jìn)行訪問(wèn)，此時(shí)他讀取到的就是創(chuàng)建到一半的對(duì)象，初始化為空的對(duì)象。最終就會(huì)導(dǎo)致對(duì)象不完整。

靜態(tài)內(nèi)部類

加載外部類時(shí)不會(huì)加載內(nèi)部類，只有第一次調(diào)用getInstance方法時(shí)，JVM才加載 Singleton04Holder 并初始化INSTANCE ，只有一個(gè)線程可以獲得對(duì)象的初始化鎖，其他線程無(wú)法進(jìn)行初始化，保證對(duì)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();
        }
    }
}