在創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式中，我們第一個(gè)學(xué)習(xí)的是單例模式（Singleton Pattern），這是設(shè)計(jì)模式中最簡(jiǎn)單的模式之一。

單例是什么意思呢？

單例就是單實(shí)例的意思，即在系統(tǒng)全局，一個(gè)類只創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，并且在系統(tǒng)全局都可以訪問這個(gè)對(duì)象而不用重新創(chuàng)建。

一、單例模式的基本寫法

單例模式示例代碼：

public class Singleton {
 
  //	Singleton類自己持有這個(gè)單例對(duì)象
   private static Singleton instance = new Singleton();
 
   //	構(gòu)造方法設(shè)置為私有，避免在Singleton類外部創(chuàng)建Singleton對(duì)象
   private Singleton() {}
 
   //	提供獲取單例對(duì)象的靜態(tài)方法
   public static Singleton getInstance() {
      return instance;
   }
 
   public void hello() {
      System.out.println("Hello!");
   }
}

使用：

Singleton obj = Singleton.getInstance();
obj.hello();

分析SingleObject類的特征：

• SingleObject類的構(gòu)造方法是私有的，這樣可以保證只能在SingleObject類內(nèi)部才能創(chuàng)建對(duì)象，而無(wú)法在類外部創(chuàng)建SingleObject對(duì)象。
• SingleObject類中有一個(gè)instance成員屬性，它用來(lái)持有這個(gè)SingleObject對(duì)象。
• SingleObject類提供了一個(gè)靜態(tài)方法getInstance，它可以讓我們?cè)谌魏慰梢栽L問到SingleObject類的地方，都可以使用SingleObject.getInstance()來(lái)獲取到這個(gè)SingleObject對(duì)象。

二、單例模式的作用

單例模式有什么用呢？

1. 控制對(duì)象的數(shù)量

當(dāng)你編寫了一個(gè)類提供給其他人調(diào)用時(shí)，對(duì)方看到是一個(gè)類，很有可能第一反應(yīng)是嘗試new一下。

你自己編寫的類你自己是清楚如何使用的，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)這個(gè)類只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)對(duì)象就夠了，但對(duì)方可能并不清楚。

這時(shí)候你可以把這個(gè)類編寫為單例形式，把構(gòu)造方法私有化，讓對(duì)方無(wú)法通過new來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，只能使用getInstance來(lái)獲取。

這個(gè)模式可以幫助你有效的控制對(duì)象的數(shù)量，畢竟，有的類其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，如果頻繁創(chuàng)建銷毀對(duì)象，可能還是很耗費(fèi)服務(wù)器資源的。

2.全局訪問

單例模式的特點(diǎn)是單例類自己持有這個(gè)單例對(duì)象，并且提供一個(gè)靜態(tài)方法可在全局獲取到這個(gè)單例對(duì)象。

如果沒有單例模式的情況下，我們一般是在代碼A處創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象，在代碼B處如果也要使用這個(gè)對(duì)象，就需要將這個(gè)對(duì)象進(jìn)行參數(shù)傳遞。為了避免傳來(lái)傳去，我們可能會(huì)寫個(gè)Holder類，把這個(gè)對(duì)象放在Holder的成員變量中。

而單例模式的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，我們可以避免這樣的困擾，直接從單例類中獲取。

三、單例模式的變種

上面介紹的是單例模式的一種基本寫法，實(shí)際我們還可以對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和變種。

1. 餓漢式

基本寫法中，對(duì)象的創(chuàng)建是直接寫在Singleton類的成員屬性上的，因此當(dāng)Singleton類被加載時(shí)，就會(huì)立即創(chuàng)建Singleton對(duì)象，這個(gè)寫法比較簡(jiǎn)單，但我們可能并不會(huì)馬上使用到這個(gè)Singleton對(duì)象，過早的創(chuàng)建會(huì)造成內(nèi)存資源浪費(fèi)。

這種一加載類就急于創(chuàng)建對(duì)象的寫法，我們稱之為餓漢式。

如果對(duì)內(nèi)存資源不在意，那么其實(shí)餓漢式這個(gè)寫法也就沒什么大的缺點(diǎn)，而且寫起來(lái)還簡(jiǎn)單，還是可以用的。

2. 懶漢式(線程不安全)

此變種僅是介紹，不要使用。

既然餓漢式在類加載時(shí)就創(chuàng)建對(duì)象會(huì)造成內(nèi)存浪費(fèi)，那么我們把創(chuàng)建對(duì)象這個(gè)步驟挪到要用時(shí)再創(chuàng)建不就好了？

我們要使用對(duì)象時(shí)，都是通過getInstance方法先獲取對(duì)象，我們可以在getInstance方法中完成對(duì)象創(chuàng)建。

這種需要時(shí)再創(chuàng)建的寫法，我們稱之為懶漢式

示例代碼：

public class Singleton {  
  
    private static Singleton instance;  
  
    private Singleton () {}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
      if (instance == null) {  
          instance = new Singleton();  
      }  
      return instance;  
    }  
}

分析懶漢式(線程不安全)寫法的特點(diǎn)：

• 創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)機(jī)修改為了在getInstance內(nèi)部，需要時(shí)再創(chuàng)建，這可以節(jié)約系統(tǒng)資源
• getInstance方法在多個(gè)線程并發(fā)調(diào)用時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)建了多個(gè)實(shí)例，所以這算是一個(gè)不好的單例變種示范

餓漢式?jīng)]有多線程并發(fā)問題嗎？

確實(shí)沒有，因?yàn)轲I漢式是在類加載時(shí)進(jìn)行創(chuàng)建對(duì)象，類加載classloader是單線程的，不存在這個(gè)問題。

3. 懶漢式(線程安全)

此變種僅是介紹，不要使用。

懶漢式(線程不安全)有可能存在并發(fā)問題，導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，那么我們給他加上鎖不就好了嗎？

示例代碼：

public class Singleton {  
  
    private static Singleton instance;  
  
    private Singleton () {}  
  
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
	    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    	}  
  	  return instance;  
    }  
}

分析懶漢式寫法的特點(diǎn)：

由于調(diào)用getInstance時(shí)如果instance為null會(huì)創(chuàng)建對(duì)象，如果多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用getInstance方法，有可能出現(xiàn)同步問題導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，所以getInstance方法使用了synchronized加鎖來(lái)保障并發(fā)情況下也只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，不過synchronized的粒度較大，如果每次請(qǐng)求都經(jīng)過getInstance方法，性能影響較大。

4. 雙檢鎖/雙重校驗(yàn)鎖（DCL，double-checked locking）

懶漢式(線程安全)已經(jīng)可以達(dá)到節(jié)省資源的目的，也達(dá)到了線程安全的目的，但是使用synchronized加鎖對(duì)性能有較大影響，雙檢鎖的方式，則是把鎖的粒度盡可能降低，減少加鎖對(duì)性能的影響。

示例代碼：

public class Singleton {  
  
    private volatile static Singleton instance;  
  
    private Singleton () {}  
  
    public static Singleton getSingleton() {  
      if (instance == null) {  
          synchronized (Singleton.class) {  
            if (instance == null) {  
                instance = new Singleton();  
            }  
          }  
      }  
      return singleton;  
    }  
}

分析雙檢鎖的寫法：

• 在成員屬性instance上，我們?cè)黾恿藇olatile關(guān)鍵字，保障多線程對(duì)instance值的可見性以及禁止指令重排。
• 通過雙重檢查的方式，在內(nèi)部再進(jìn)行synchronized加鎖，可以降低鎖的粒度，有效避免每次調(diào)用getInstance都加鎖，因?yàn)間etInstance在創(chuàng)建對(duì)象之后，instance一直都是非null的。

雙檢鎖這個(gè)方式，既可以保障不浪費(fèi)資源，又可以保障在多線程的環(huán)境下保持高性能。

如果大家自行編寫單例類，追求節(jié)約資源和高性能，可以使用這種寫法，但據(jù)《Java并發(fā)編程實(shí)踐》提到不贊成這個(gè)寫法，推薦靜態(tài)內(nèi)部類的方式（這一點(diǎn)我尚未驗(yàn)證）。

5. 靜態(tài)內(nèi)部類

這個(gè)變種，可以達(dá)到和雙檢鎖一樣的效果，并且寫起來(lái)更加簡(jiǎn)單，推薦使用。

public class Singleton {  
  
    private static class SingletonHolder {  
  	  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
  
    private Singleton () {}  
  
    public static final Singleton getInstance() {  
  	  return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

分析一下靜態(tài)內(nèi)部類的特點(diǎn)：

將instance放在了內(nèi)部類SingletonHolder中，前面我們提到餓漢式是類加載時(shí)就會(huì)立即創(chuàng)建對(duì)象，而靜態(tài)內(nèi)部類不會(huì)，它只會(huì)在調(diào)用了getInstance時(shí)，才會(huì)加載內(nèi)部類SingletonHolder，此時(shí)才會(huì)創(chuàng)建對(duì)象。

6. 枚舉

這個(gè)方式，這里僅是從網(wǎng)上摘抄，據(jù)說是很好，但是沒有試過，工作中也很少見。

這種實(shí)現(xiàn)方式還沒有被廣泛采用，但這是實(shí)現(xiàn)單例模式的最佳方法。

它更簡(jiǎn)潔，自動(dòng)支持序列化機(jī)制，絕對(duì)防止多次實(shí)例化。

這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還自動(dòng)支持序列化機(jī)制，防止反序列化重新創(chuàng)建新的對(duì)象，絕對(duì)防止多次實(shí)例化。

不過，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實(shí)際工作中，也很少用。

不能通過 reflection attack 來(lái)調(diào)用私有構(gòu)造方法。

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

7. 登記式

如果熟悉我們封裝的工具包Toolbox，就會(huì)知道工具包內(nèi)提供了一個(gè)登記式單例工具類Singleton。

單例模式是一種非常常用的設(shè)計(jì)模式，但以上介紹的各種方法，都需要為每個(gè)單例類編寫一些模板式的代碼，為了簡(jiǎn)化，我們可以使用Singleton工具類。

//    獲取單例對(duì)象
//    Student類必須要具備無(wú)參構(gòu)造方法
//    每個(gè)類在一個(gè)進(jìn)程中只能獲得一個(gè)單例對(duì)象
Student student = Singleton.get(Student.class);

//    移除單例對(duì)象
Singleton.remove(Student.class);

//    清空所有單例對(duì)象
Singleton.clear();

//    單例對(duì)象數(shù)量
int size = Singleton.size();

其實(shí)他就是很像是spring容器。

Singleton.java:

/**
 * 單例工具
 * @author Unicorn
 */
public final class Singleton {

    /**
     * 對(duì)象池
     */
    private static Map<String, Object> pool = new ConcurrentHashMap();

    private Singleton() {}

    public static <T> T get(Class<T> clazz) {
        Assert.notNull(clazz);
        String key = clazz.getName();
        T obj = (T) pool.get(key);
        if (null == obj) {
            synchronized(Singleton.class) {
                obj = (T) pool.get(key);
                if (null == obj) {
                    obj = ReflectUtil.newInstance(clazz);
                    pool.put(key, obj);
                }
            }
        }
        return obj;
    }

    /**
     * 移除對(duì)象
     * @param clazz
     */
    public static void remove(Class clazz) {
        if (null != clazz) {
            String key = clazz.getName();
            pool.remove(key);
        }
    }

    /**
     * 銷毀，清空對(duì)象池
     */
    public static void clear() {
        pool.clear();
    }

    public static int size() {
        return pool.size();
    }
}

8. Spring容器

spring容器核心機(jī)制是IoC和DI，其本身也提供了單例對(duì)象的支持。

到此這篇關(guān)于一文帶你搞懂Java單例模式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java單例模式內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論