單例的7種寫法

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1、概述

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立對象的最佳方式。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責建立本身的對象，同時確保只有單個對象被建立。這個類提供了一種訪問其惟一的對象的方式，能夠直接訪問，不須要實例化該類的對象。

注意：

• 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。

2、七種實現

2.一、懶漢式 — 線程不安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：否

實現難度：易

描述：這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支持多線程。由於沒有加鎖 synchronized，因此嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全，在多線程不能正常工做。

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

2.二、懶漢式 — 線程安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

實現難度：易

描述：這種方式具有很好的 lazy loading，可以在多線程中很好的工做，可是，效率很低，99% 狀況下不須要同步。
優勢：第一次調用才初始化，避免內存浪費。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。
getInstance() 的性能對應用程序不是很關鍵（該方法使用不太頻繁）。

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

2.三、餓漢式

是否 Lazy 初始化：否

是否多線程安全：是

實現難度：易

描述：這種方式比較經常使用，但容易產生垃圾對象。
優勢：沒有加鎖，執行效率會提升。
缺點：類加載時就初始化，浪費內存。
它基於 classloader 機制避免了多線程的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實例化，雖然致使類裝載的緣由有不少種，在單例模式中大多數都是調用 getInstance 方法， 可是也不能肯定有其餘的方式（或者其餘的靜態方法）致使類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

2.四、餓漢式 — 變種

其實和以前的同樣，僅僅是將單例的建立挪到了靜態塊。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;
    
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

2.五、枚舉式

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：否

是否多線程安全：是

實現難度：易

描述：這種實現方式尚未被普遍採用，但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支持序列化機制，絕對防止屢次實例化。
這種方式是 Effective Java 做者 Josh Bloch 提倡的方式，它不只能避免多線程同步問題，並且還自動支持序列化機制，防止反序列化從新建立新的對象，絕對防止屢次實例化。不過，因爲 JDK1.5 以後才加入 enum 特性，用這種方式寫難免讓人感受生疏，在實際工做中，也不多用。
不能經過 reflection attack 來調用私有構造方法。

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
}

2.六、雙重校驗鎖式

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

實現難度：較複雜

描述：這種方式採用雙鎖機制，安全且在多線程狀況下能保持高性能。
getInstance() 的性能對應用程序很關鍵。

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

注意：

1. volatile的使用，爲了防止暴露一個未初始化的不完整單例實例；
2. 雙重判空校驗，第一個判斷避免了頻繁的加鎖，第二個判斷能夠攔住多餘的建立實例的線程；
3. 加鎖，保證了線程安全（只有一個實例）

這種實現方式是常常出如今面試題中的，並且常常會要求手寫。

2.七、靜態內部類

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

實現難度：通常

描述：這種方式能達到雙檢鎖方式同樣的功效，但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的狀況，雙檢鎖方式可在實例域須要延遲初始化時使用。

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
    return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

3、總結

上面羅列的7種設計模式中第1種線程不安全，能夠排除在外，第三、4種實際上是一種，這樣下來其實能夠簡化爲5種方式：懶漢、餓漢、靜態內部類、枚舉、雙重校驗鎖。