單例模式五種實現

前言

文章介紹了單例模式五種實現的方式，分別是懶漢，餓漢，靜態內部類，雙重檢驗鎖以及枚舉實現方式，並主要關心加載時機以及線程安全。首先，通俗點講，餓漢就是這個類還沒被使用到的時候，實例已經建立好了；而懶漢是使用到的時候才建立對應的實例。線程安全方面主要考慮實例化時候是否確保一個實例，對於單例類中其餘方法的線程安全不予考慮。

懶漢模式

先來一個最直觀的代碼：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        //若是尚未被實例化過，就實例化一個，而後返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

這段代碼裏，咱們沒有考慮線程安全，因此可能就會產生多個實例，可是這個例子能很好的表達單例模式的思想，就是保持只有一個實例，先理解了基礎，咱們再一步步發展。

因此線程安全的事情仍是得解決啊~因而有了如下的代碼：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //若是尚未被實例化過，就實例化一個，而後返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

這段代碼只加了一個關鍵字synchronized用於確保getInstance方法線程安全，可是這種方式問題很大啊，畢竟全部的線程到了這個方法全得排隊等着，對性能的損耗很是大，不過不要緊，咱們這裏着重先解決掉線程安全的問題，接下來會有辦法解決這個效率低下的問題（若是你着急那就直接去看雙重校驗鎖吧...）

懶漢模式將實例化的時機放到了須要使用的時候（餓漢是類加載了就有實例），也就是「延遲加載」，相比餓漢，能避免了在加載的時候實例化有可能用不到的實例，可是問題也很明顯，咱們要花精力去解決線程安全的問題。

餓漢模式

餓漢模式相比懶漢模式，在類加載的時候就已經存在一個實例，舉個例子，好比數據庫鏈接吧，懶漢就是第一次訪問數據庫的時候我纔去建立一個鏈接，而餓漢呢，是你程序啓動了，類加載好了的時候，我已經有個鏈接了，你用不用不必定了，因此餓漢的缺點也就出來了：可能會產生不少無用的實例。

public class Singleton {
    //類加載的時候instance就已經指向了一個實例
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

那麼加載時機的問題咱們已經說過了，接下來就是線程安全了，代碼裏咱們並無看見synchronized關鍵字，那麼這種方式是如何確保線程安全的呢，這個就是JVM類加載的特性了，JVM在加載類的時候，是單線程的，因此能夠保證只存在單一的實例。

雙重校驗鎖

首先要說明的是，雙重檢驗鎖也是一種延遲加載，而且較好的解決了在確保線程安全的時候效率低下的問題。

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

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

對比一下最原始的那種線程安全的方法（就是懶漢模式的第二種代碼），那種方法將整個getInstance方法鎖住，那麼每次調用那個方法都要得到鎖，釋放鎖，等待等等...而雙重校驗鎖鎖住了部分的代碼。進入方法若是檢查爲空才進入同步代碼塊，這樣很明顯效率高了不少。
有人疑問爲何instance==null要判斷兩次嗎，那咱們先去掉第二次的判斷。
若是兩個線程一塊兒調用getInstance方法，而且都經過了第一次的判斷instance==null，那麼第一個線程獲取了鎖，而後實例化了instance，而後釋放了鎖，而後第二個線程獲得了線程，而後立刻也實例化了instance，這就尷尬了。單例模式就失敗了。
因此加上第二次判斷後，先進來的線程判斷了一下，哦，爲空，我建立一個，而後建立一個實例以後釋放了鎖，第二個線程進來以後，哎？已經有了，那我就不用建立了，而後釋放了鎖，開開心心的完成了單例模式。

靜態內部類

懶漢模式須要考慮線程安全，因此咱們多寫了好多的代碼，餓漢模式利用了類加載的特性爲咱們省去了線程安全的考慮，那麼，既能享受類加載確保線程安全帶來的便利，又能延遲加載的方式，就是靜態內部類。Java靜態內部類的特性是，加載的時候不會加載內部靜態類，使用的時候纔會進行加載。而使用到的時候類加載又是線程安全的，這就完美的達到了咱們的預期效果~

public class Singleton {

    private static class SingletonHolder{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

枚舉

JDK1.5提供了一個新的數據類型，枚舉。枚舉的出現提供了一個較爲優雅的方式取代之前大量的static final類型的變量。而這裏，咱們也利用枚舉的特性，實現了單例模式，這種思路是《Effective Java》中第三條最後一段給出的實現方式，有興趣的能夠看看這本書~
代碼簡單到沒法理解：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

外部調用由原來的Singleton.getInstance變成了Singleton.INSTANCE了。

這裏要注意，原來的class已經換成了關鍵字enum，可是其實無所謂的，看下繼承關係就能知道，其實仍是一個class

並且咱們能夠查看Enum的源碼：

這裏能看到實現了Serializable接口，因此不用考慮序列化的問題（其實序列化反序列化也能致使單例失敗的，可是咱們這裏不過多研究）。對於線程安全，一樣的，加載的時候JVM能確保只加載一個實例。

總結

在單例模式各類設計的方法中，咱們使用到了內部靜態類的特性，使用了枚舉的特性，因此基礎很是重要，單例模式是設計模式之一，而設計模式實際上是對語言特性不足的一面進一步的包裝。吸納基礎，工做學習多加思考，設計模式也就天然而然的可以理解。
另外，好多帖子都說利用枚舉的方式在團隊合做中不常使用，由於須要配合，用了枚舉別人不熟悉。這點我是不一樣意的，若是由於你們不懂不熟悉而放棄了使用很棒的特性，那麼就永遠抱着舊的方式停滯不前，JDK的更新也失去了意義。
仍是但願可以不斷的接觸Java新鮮的想法，在深厚的基礎上迸發不同的思路，而後去解決實際的問題。

以上，若有不妥，還望指正。