单例设计模式

前言:在项目开发过程中,当我们的项目因为需求的变动而需要不断的扩张的时候,好的设计模式可以让你的项目更加的健壮起来。今天我们要来学习的就是很常用的设计模式-单例模式。

在实际项目中单例模式常见应用场景列举如下:

  • servlet编程中,每个servlet就是单例
  • 网站计数器,和Application(servlet中涉及)
  • 在Spring中,每个bean默认是单例,便于Spring容器管理
  • 数据库连接池
  • 应用程序日志应用一般用单例实现,项目操作配置文件的类

而单例最大的优点,就是

单例模式只生成一个实例,减少系统性能开销。

下面进入不同写法的单例模式:

1 第一种(懒汉,线程不安全):

1 public class Singleton {
2     private static Singleton instance;
3     private Singleton (){}
4 
5     public static Singleton getInstance() {
6     if (instance == null) {
7         instance = new Singleton();
8     }
9     return instance;
10     }
11 }

这种写法lazy loading很明显,但是致命的是在多线程不能正常工作

2 (懒汉,线程安全):

 1 public class Singleton {
 2     private static Singleton instance;
 3     private Singleton (){}
 4     public static synchronized Singleton getInstance() {
 5     if (instance == null) {
 6         instance = new Singleton();
 7     }
 8     return instance;
 9     }
10 }

这种写法能够在多线程中很好的工作,而且看起来它也具备很好的lazy loading,但是,遗憾的是,效率很低,99%情况下不需要同步。

3 (静态懒汉)

1 public class Singleton {
2     private static Singleton instance = new Singleton();
3     private Singleton (){}
4     public static Singleton getInstance() {
5     return instance;
6     }
7 }

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

4 静态懒汉 变种

1 public class Singleton {
 2     private Singleton instance = null;
 3     static {
 4     instance = new Singleton();
 5     }
 6     private Singleton (){}
 7     public static Singleton getInstance() {
 8     return this.instance;
 9     }
10 }

表面上看起来差别挺大,其实更第三种方式差不多,都是在类初始化即实例化instance。

5 (静态内部类)

1 public class Singleton {
2     private static class SingletonHolder {
3     private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
4     }
5     private Singleton (){}
6     public static final Singleton getInstance() {
7     return SingletonHolder.INSTANCE;
8     }
9 }

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程,它跟第三种和第四种方式不同的是(很细微的差别):第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了,那么instance就会被实例化(没有达到lazy loading效果),而这种方式是Singleton类被装载了,instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用,只有显示通过调用getInstance方法时,才会显示装载SingletonHolder类,从而实例化instance。想象一下,如果实例化instance很消耗资源,我想让他延迟加载,另外一方面,我不希望在Singleton类加载时就实例化,因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

6 枚举

1 public enum Singleton {
2     INSTANCE;
3     public void whateverMethod() {
4     }
5 }

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象,可谓是很坚强的壁垒啊,不过,个人认为由于1.5中才加入enum特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,我也很少看见有人这么写过。

7 双重校验锁

 1 public class Singleton {
 2     private volatile static Singleton singleton;
 3     private Singleton (){}
 4     public static Singleton getSingleton() {
 5     if (singleton == null) {
 6         synchronized (Singleton.class) {
 7         if (singleton == null) {
 8             singleton = new Singleton();
 9         }
10         }
11     }
12     return singleton;
13     }
14 }

首先,在并发的情况下,volatile是可以保证可见性,但是不能保证原子性,当时类在创建的时候不是一个原子操作,所以我们采用才创建对象的时候创建锁,第一次判断如果为空,就获取锁,然后再第二次判断是否为空,因为再你获取锁的时候,可能别的线程已经把对象创建好了,这个过程就避免了实例多余的对象。

不过一般来说,第一种不算单例,第四种和第三种就是一种,如果算的话,第五种也可以分开写了。所以说,一般单例都是五种写法。懒汉,恶汉,双重校验锁,枚举和静态内部类。

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