單例模式解析

單例模式解析

​ 單例模式是設計模式中使用最多的模式之一，它是一種對象的建立模式，用於產生一個對象的實例，確保系統中一個類只有一個實例。在Java語言中，單例模式有如下好處：

• 對於頻繁使用的對象，單例省略了建立對象的時間，對於重量級對象而言，極大減小了系統開銷。
• 因爲new的次數減小，所以減小了系統對內存的使用頻次，減輕了GC壓力，縮短了GC停頓時間。

所以對於系統的關鍵組件和頻繁使用的對象，能夠設計爲單例模式，減小系統的開銷，提升系統性能。

​ 單例模式的參與者不多，只有單例類和使用者，關係表以下：

角色	做用
單例類	提供單例的工廠，返回單例
使用者	獲取並使用單例

​ 類圖以下：

實現方式一（餓漢）：

單例模式的核心在於經過一個接口返回惟一實例化對象，簡單實現以下：

/** * 單例模式--餓漢（沒法作到延時加載） */
public class HungrySingleton {

    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

    /** * 私有構造方法 */
    private HungrySingleton(){
        System.out.println("建立了對象");
    }

    /** * 對外暴露的獲取惟一實例的接口 * @return */
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }

    /** * 序列化，反序列化保證單例 * @return */
    private Object readResolve(){
        return instance;
    }
}
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​ 原理：單例類必須私有化構造方法，保證不會在系統其餘地方調用，其次instance成員變量和getInstance()方法必須是static修飾的。

​ 注意：單例模式的這種實現方式很是簡單，十分可靠，惟一不足是沒法作到延時加載。假設單例的建立過程十分緩慢，因爲instance的成員變量是由static修飾的，在JVM加載單例類的時候，單例對象就會存在，若是單例類還在系統中扮演別的角色，那麼系統中任何使用單例類的地方都會初始化這個單例對象，而無論是否被用到。

實現方式二（懶漢）：

爲了解決上述問題，並提升系統在相關函數調用的反應速度，就須要加入延時加載機制，懶漢模式。

/** * 單例模式--懶漢（效率低，延時加載） */
public class LazySingleton {

    private static LazySingleton instance = null;

    private LazySingleton() {
        System.out.println("LazySingleton is create");
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            return new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}
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​ 原理：首先，靜態成員變量instance賦值爲null，確保系統啓動時沒有額外負載，其次在getInstance()方法中判斷當前單例instance對象是否存在，存在則返回，不存在建立單例對象。

​ 注意：getInstance()必須是線程同步的，不然在多線程條件下，當線程1新建單例完成賦值前，線程2可能判斷instance爲null，線程2也建立了單例對象，致使多個實例被建立，所以同步關鍵字是必須的。使用上述單例模式的實現方式，雖然實現了延時加載，可是和第一種實現（餓漢）相比，引入了同步關鍵字，所以在多線程場景下，加載速度遠遠大於第一種實現方式，影響系統性能。

實現方式三（內部類）：

繼續改進，建立內部類：

/** * 使用內部類來維護單例的實例，當StaticSingleton被加載時候，內部類並無被初始化 * （instance並無被初始化），調用getInstance()纔會被初始化。 */
public class StaticSingleton {

    private StaticSingleton(){
        System.out.println("StaticSingleton is create");
    }

    /** * 內部類，建立單例對象 */
    private static class StaticSingleHolder{
        private static StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
    }

    public static StaticSingleton getInstance(){
        return StaticSingleHolder.instance;
    }
}
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​ 原理：在這個實現中，使用內部類來維護單例實例，當StaticSingleton被加載的時候，內部類沒有被初始化，能夠確保StaticSingleton加載到JVM中，不會初始化單例類，當調用getInstance()時纔會加載StaticSingleHolder，初始化instance對象，同時因爲實例的創建是在類加載時完成的，對線程友好，getInstance()不須要使用同步關鍵字。

​ 注意：使用內部類實現的單例，既能夠實現延時加載也避免使用同步關鍵字，是比較完善的實現。可是若是經過反射機制強行調用私有構造方法，就會生成多個單例。同時序列化和反序列化可能破壞單例(餓漢代碼readResolve()方法)，場景很少見，若是存在，多加註意。

[^《Java性能程序優化 讓你的Java程序更快、更穩定》 葛一鳴]