JAVA設(shè)計(jì)模式之單例模式詳解
前言
在之前的文章里已經(jīng)介紹了設(shè)計(jì)模式以及設(shè)計(jì)原則的概念,接下來我們從單例模式入手深入學(xué)習(xí)幾種常用的JAVA設(shè)計(jì)模式,在實(shí)踐中加深理解。
一、單例模式是什么?
單例(Singleton)模式的定義:指一個類只有一個實(shí)例,且該類能自行創(chuàng)建這個實(shí)例的一種模式。
作用:單例模式是保證系統(tǒng)實(shí)例唯一性的重要手段。用于一個全局類對象在多個地方被使用的場景下,保障了整個系統(tǒng)只有一個對象被使用,很好的節(jié)約了資源
實(shí)現(xiàn)方法:將類的實(shí)例化方法私有化來防止程序通過其他方式創(chuàng)建該類的實(shí)例,提供一個全局唯一獲取該類實(shí)例的方法幫助用戶獲取類的實(shí)例。
實(shí)現(xiàn)單例模式很簡單,每次獲取前先判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)存在單例對象,沒有就創(chuàng)建,有就返回這個對象。單例模式常見的寫法有懶漢式單例和餓漢式單例。
二、懶漢式單例
定義:類加載時沒有生成單例,第一次調(diào)用 getlnstance 方法時創(chuàng)建這個單例。
public class LazySingleton {
//定義一個私有的靜態(tài)對象instance,靜態(tài)方法和屬性屬于類,能保障單例對象的唯一性
private static LazySingleton instance;
//私有化構(gòu)造方法,只能在本類中被訪問,其他類中不能通過構(gòu)造方法直接創(chuàng)建對象
private LazySingleton() {
}
//提供一個全局唯一獲取實(shí)例的方法
public static synchronized LazySingleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
懶漢模式在獲取對象實(shí)例時做了加鎖操作,因此是線程安全的
測試代碼與結(jié)果
public class TestLazySingleton {
public static void main(String[] args) {
LazySingleton lazySingleton1=LazySingleton.getInstance();
LazySingleton lazySingleton2=LazySingleton.getInstance();
LazySingleton lazySingleton3=LazySingleton.getInstance();
System.out.println(lazySingleton1);
System.out.println(lazySingleton2);
System.out.println(lazySingleton3);
}
}

從上圖中可以看出雖然獲取了三次實(shí)例,但每次獲取的都是同一個實(shí)例,即一個類只有一個實(shí)例。
三、餓漢式單例
定義:該模式的特點(diǎn)是類一旦加載就創(chuàng)建一個單例,在調(diào)用 getInstance 方法之前單例已經(jīng)存在。
public class HungrySingleton {
//類加載完成后該類的實(shí)例便已經(jīng)存在
private static HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
//私有化構(gòu)造方法
private HungrySingleton(){
}
//類加載后實(shí)例就存在,不會出現(xiàn)線程安全問題,不需要加鎖
public static HungrySingleton getInstance(){
return instance;
}
}
測試代碼和結(jié)果
public class TestHungrySingleton {
public static void main(String[] args) {
HungrySingleton hungrySingleton1=HungrySingleton.getInstance();
HungrySingleton hungrySingleton2=HungrySingleton.getInstance();
HungrySingleton hungrySingleton3=HungrySingleton.getInstance();
System.out.println(hungrySingleton1);
System.out.println(hungrySingleton2);
System.out.println(hungrySingleton3);
}
}

從上圖看出餓漢式單例在整個運(yùn)行過程中也只存在一個實(shí)例。
懶漢式單例和餓漢式單例的區(qū)別
1.懶漢模式在類中定義了單例但是并未實(shí)例化,實(shí)例化是在方法中實(shí)現(xiàn)的,而餓漢模式定義的時候就進(jìn)行了實(shí)例化
2.懶漢模式需要在獲取實(shí)例的方法上加鎖保證線程安全,餓漢模式不需要加鎖。
四、雙重校驗(yàn)鎖
懶漢模式用到了synchronized,會導(dǎo)致很大的性能開銷,并且加鎖其實(shí)只需要在第一次初始化的時候用到,之后的調(diào)用都沒必要再進(jìn)行加鎖。
雙重校驗(yàn)鎖在懶漢模式的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的優(yōu)化,給靜態(tài)對象加上volatile來保證有序性,第一次獲取對象時通過synchronize(Singleton.class)保障操作的唯一性。
public class LockSingleton {
private volatile static LockSingleton lockSingleton;
private LockSingleton(){}
public static LockSingleton getInstance(){
if(lockSingleton==null){
synchronized (LockSingleton.class){
if (lockSingleton==null){
lockSingleton=new LockSingleton();
}
}
}
return lockSingleton;
}
}
測試代碼與結(jié)果
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
LockSingleton lockSingleton1=LockSingleton.getInstance();
LockSingleton lockSingleton2=LockSingleton.getInstance();
LockSingleton lockSingleton3=LockSingleton.getInstance();
System.out.println(lockSingleton1);
System.out.println(lockSingleton2);
System.out.println(lockSingleton3);
}
}

執(zhí)行雙重檢查是因?yàn)?,如果多個線程同時了通過了第一次檢查,并且其中一個線程首先通過了第二次檢查并實(shí)例化了對象,那么剩余通過了第一次檢查的線程就不會再去實(shí)例化對象。
除了第一次創(chuàng)建實(shí)例的時候會出現(xiàn)加鎖的情況,后續(xù)的所有調(diào)用都會避免加鎖而直接返回,解決了性能消耗的問題。
總結(jié)
關(guān)于單例模式本文介紹了懶漢模式、餓漢模式和雙重校驗(yàn)鎖。懶漢和餓漢模式的最大區(qū)別是定義實(shí)例的時候是否進(jìn)行實(shí)例化。雙重校驗(yàn)鎖是對懶漢模式的優(yōu)化,解決了性能消耗的問題。
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