Java设计模式之单例

1.单例模式介绍

单例模式是一种对象创建模式,它用于产生一个对象的具体实例,它可以确保系统中一个类只产生一个实例。java中的单例模式的讨论范围是在JVM。
单例模式的好处,①对于频繁使用的对象,可以省略创建对象所花费的时间,这对于那些重量级对象而言,是非常可观的一笔系统开销。②由于new操作的次数减少,因而对系统内存的使用频率也会降低,这将减轻GC压力,所短GC停顿时间。

2.单例的多种写法和各自特点

1.饿汉模式

public class HungurySingleton { private static final HungurySingleton mInstance = new HungurySingleton(); private HungurySingleton(){ System.out.println("create"); } public static HungurySingleton getInstance(){ return mInstance; } public static void printHello(){ System.out.println("Hello"); } public static void main(String[] args) { HungurySingleton.printHello(); } }
上面的代码就是饿汉模式的单例,这种写法的特点就是,当HungurySingleton这个类被JVM加载时,单例对象就会被创建,正因为这样,这种写法就有一个先天不足,无法对instance实例做延时加载,当执行上面代码时会发现,明明只是调用了HungurySingleton 的一个类方法,但是HungurySingleton实例还是被创建了。

2.懒汉模式

public class LazySingleton { private static LazySingleton mInstance; private LazySingleton(){} public static LazySingleton getInstance(){ if (mInstance == null) mInstance = new LazySingleton(); return mInstance; } }
上面代码就是单例的懒汉模式,它有致命缺陷,当在多线程环境下,它根本无法保证单例,所以我们又有了线程安全的懒汉模式。
public class LazySingleton { private static LazySingleton mInstance; private LazySingleton(){} public static synchronized LazySingleton getInstance(){ if (mInstance == null) mInstance = new LazySingleton(); return mInstance; } public static LazySingleton getInstance2(){ synchronized (LazySingleton.class){ if (mInstance == null) mInstance = new LazySingleton(); return mInstance; } } }
主要是使用了synchronized关键字,可以用它来修饰方法,也可以使用代码块,但是它同样有缺陷,就是性能效率低。

3.DCL(双检查锁机制)

public class DclSingleton { private static volatile DclSingleton mInstance; private DclSingleton(){} public static DclSingleton getInstance(){ if (mInstance == null){ synchronized (DclSingleton.class){ if (mInstance == null) mInstance = new DclSingleton(); } } return mInstance; } }
DCL单例模式是对懒汉模式的一种优化,代码中实例被volatile所修饰,这是因为如果不使用volatile关键字,JVM的即时编译器中指令重排序优化可能会影响代码执行,从而使代码出错,达不到单例效果,volatile正是解决方法。关于volatile的使用以后再讨论。

4.静态内部类写法

public class StaticInnerSingleton { private StaticInnerSingleton(){} public static StaticInnerSingleton getInstance(){ return SingletonHolder.mInstance; } private static class SingletonHolder{ private static final StaticInnerSingleton mInstance = new StaticInnerSingleton(); } }
静态内部类写法是对DCL写法的更近一步优化,建议实际项目中使用,它写法简单明了,线程安全,效率高,同时还能满足延迟加载。这种写法主要使用了JVM的同步控制,什么是同步控制,就是两个关键字的使用,一个是static,一个是final。static保证唯一性,final保证不可改变性,这样就能保证在JVM中这个实例时唯一且不可改变的,同时还是线程安全的,没有使用synchronized关键字,效率还高。

5.枚举写法

public enum EnumSingleton { INSTANCE; public void doSomething(){} }
这就是枚举单例的写法,真是极简了,由于枚举是java1.5以后才有的,所以这种写法要在1.5以后的版本中才能使用。
简简单单的一点代码就实现了一个线程安全,lazy loading的单例,与其说是写法鬼斧神工,不如说是恰如其分地应用了enum的三个特性,自由序列化,线程安全,保证单例。

6.总结

饿汉模式:无法对instance实例进行延迟加载
懒汉模式:多线程下无法保证唯一性
线程安全的懒汉模式:使用synchronized影响性能
DCL模式:被JVM的即时编译器的指令重排序因素影响,可使用volatile解决
静态内部类/枚举模式:延迟加载/线程安全/效率保证
所以,推荐在项目中使用静态内部类和枚举去实现单例。

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