Java設計模式之單例模式詳解

時間 2019-11-09

標籤 java 設計模式詳解欄目 Java 简体版

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在Java開發過程當中，不少場景下都會碰到或要用到單例模式，在設計模式裏也是常常做爲指導學習的熱門模式之一，相信每位開發同事都用到過。咱們老是沿着前輩的足跡去作設定好的思路，每每沒去探究爲什麼這麼作，因此這篇文章對單例模式作了詳解。git

1、單例模式定義：github

單例模式確保某個類只有一個實例，並且自行實例化並向整個系統提供這個實例。在計算機系統中，線程池、緩存、日誌對象、對話框、打印機、顯卡的驅動程序對象常被設計成單例。這些應用都或多或少具備資源管理器的功能。每臺計算機能夠有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以免兩個打印做業同時輸出到打印機中。每臺計算機能夠有若干通訊端口，系統應當集中管理這些通訊端口，以免一個通訊端口同時被兩個請求同時調用。總之，選擇單例模式就是爲了不不一致狀態，避免政出多頭。編程

2、單例模式特色：
　　一、單例類只能有一個實例。
　　二、單例類必須本身建立本身的惟一實例。
　　三、單例類必須給全部其餘對象提供這一實例。設計模式

單例模式保證了全局對象的惟一性，好比系統啓動讀取配置文件就須要單例保證配置的一致性。緩存

3、線程安全的問題安全

一方面在獲取單例的時候，要保證不能產生多個實例對象，後面會詳細講到五種實現方式；多線程

另外一方面，在使用單例對象的時候，要注意單例對象內的實例變量是會被多線程共享的，推薦使用無狀態的對象，不會由於多個線程的交替調度而破壞自身狀態致使線程安全問題，好比咱們經常使用的VO，DTO等（局部變量是在用戶棧中的，並且用戶棧自己就是線程私有的內存區域，因此不存在線程安全問題）。併發

4、單例模式的選擇框架

還記得咱們最先使用的MVC框架Struts1中的action就是單例模式的，而到了Struts2就使用了多例。在Struts1裏，當有多個請求訪問，每一個都會分配一個新線程，在這些線程，操做的都是同一個action對象，每一個用戶的數據都是不一樣的，而action卻只有一個。到了Struts2， action對象爲每個請求產生一個實例，並不會帶來線程安全問題（實際上servlet容器給每一個請求產生許多可丟棄的對象，可是並無影響到性能和垃圾回收問題，有時間會作下研究）。性能

5、實現單例模式的方式

1.餓漢式單例（當即加載方式）

// 餓漢式單例
public class Singleton1 {
    // 私有構造
    private Singleton1() {}

    private static Singleton1 single = new Singleton1();

    // 靜態工廠方法
    public static Singleton1 getInstance() {
        return single;
    }
}

餓漢式單例在類加載初始化時就建立好一個靜態的對象供外部使用，除非系統重啓，這個對象不會改變，因此自己就是線程安全的。

Singleton經過將構造方法限定爲private避免了類在外部被實例化，在同一個虛擬機範圍內，Singleton的惟一實例只能經過getInstance()方法訪問。（事實上，經過Java反射機制是可以實例化構造方法爲private的類的，那基本上會使全部的Java單例實現失效。此問題在此處不作討論，姑且閉着眼就認爲反射機制不存在。）

2.懶漢式單例（延遲加載方式）

// 懶漢式單例
public class Singleton2 {

    // 私有構造
    private Singleton2() {}

    private static Singleton2 single = null;

    public static Singleton2 getInstance() {
        if(single == null){
            single = new Singleton2();
        }
        return single;
    }
}

該示例雖然用延遲加載方式實現了懶漢式單例，但在多線程環境下會產生多個single對象，如何改造請看如下方式:

使用synchronized同步鎖

public class Singleton3 {
    // 私有構造
    private Singleton3() {}

    private static Singleton3 single = null;

    public static Singleton3 getInstance() {
        
        // 等同於 synchronized public static Singleton3 getInstance()
        synchronized(Singleton3.class){
          // 注意：裏面的判斷是必定要加的，不然出現線程安全問題
            if(single == null){
                single = new Singleton3();
            }
        }
        return single;
    }
}

在方法上加synchronized同步鎖或是用同步代碼塊對類加同步鎖，此種方式雖然解決了多個實例對象問題，可是該方式運行效率卻很低下，下一個線程想要獲取對象，就必須等待上一個線程釋放鎖以後，才能夠繼續運行。

public class Singleton4 {
    // 私有構造
    private Singleton4() {}

    private static Singleton4 single = null;

    // 雙重檢查
    public static Singleton4 getInstance() {
        if (single == null) {
            synchronized (Singleton4.class) {
                if (single == null) {
                    single = new Singleton4();
                }
            }
        }
        return single;
    }
}

使用雙重檢查進一步作了優化，能夠避免整個方法被鎖，只對須要鎖的代碼部分加鎖，能夠提升執行效率。

3.靜態內部類實現

public class Singleton6 {
    // 私有構造
    private Singleton6() {}

    // 靜態內部類
    private static class InnerObject{
        private static Singleton6 single = new Singleton6();
    }
    
    public static Singleton6 getInstance() {
        return InnerObject.single;
    }
}

靜態內部類雖然保證了單例在多線程併發下的線程安全性，可是在遇到序列化對象時，默認的方式運行獲得的結果就是多例的。這種狀況很少作說明了，使用時請注意。

4.static靜態代碼塊實現

public class Singleton6 {
    
    // 私有構造
    private Singleton6() {}
    
    private static Singleton6 single = null;

    // 靜態代碼塊
    static{
        single = new Singleton6();
    }
    
    public static Singleton6 getInstance() {
        return single;
    }
}

5.內部枚舉類實現

public class SingletonFactory {
    
    // 內部枚舉類
    private enum EnmuSingleton{
        Singleton;
        private Singleton8 singleton;
        
        //枚舉類的構造方法在類加載是被實例化 
        private EnmuSingleton(){
            singleton = new Singleton8();
        }
        public Singleton8 getInstance(){
            return singleton;
        }
    }
    public static Singleton8 getInstance() {
        return EnmuSingleton.Singleton.getInstance();
    }
}

class Singleton8{
    public Singleton8(){}
}