手寫單例，不心慌

手寫單例，不心慌

單例模式是最經常使用到的設計模式之一，熟悉設計模式的朋友對單例模式都不會陌生。通常介紹單例模式的書籍，文章都會提到 餓漢式 和 懶漢式 這兩種實現方式。可是除了這兩種方式，實際上還有不少中方式。

模式簡介

單例模式是一種經常使用的軟件設計模式，其定義是單例對象的類只能容許一個實例存在。

許多時候整個系統只須要擁有一個的全局對象，這樣有利於咱們協調系統總體的行爲。好比在某個服務器程序中，該服務器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數據由一個單例對象統一讀取，而後服務進程中的其餘對象再經過這個單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。

實現思路

單例模式要求類可以有返回對象一個引用(永遠是同一個)和一個得到該實例的方法（必須是可見的靜態方法，一般使用getInstance這個名稱）。

單例的實現主要是經過如下兩個步驟：

1. 將該類的構造方法定義爲私有方法，這樣其餘處的代碼就沒法經過調用該類的構造方法來實例化該類的對象，只有經過該類提供的靜態方法來獲得該類的惟一實例；
2. 在該類內提供一個可見的靜態方法，當咱們調用這個方法時，若是類持有的引用不爲空就返回這個引用，若是類保持的引用爲空就建立該類的實例並將實例的引用賦予該類保持的引用。

注意事項

單例模式在多線程的應用場合下必須當心使用。若是當惟一實例還沒有建立時，有兩個線程同時調用建立方法，那麼它們同時沒有檢測到惟一實例的存在，從而同時各自建立了一個實例，這樣就有兩個實例被構造出來，從而違反了單例模式中實例惟一的原則。

解決這個問題的辦法是爲指示類是否已經實例化的變量提供一個互斥鎖(雖然這樣會下降效率)。

單例模式的八種寫法

一、餓漢式（靜態常量）[可用]

//單例餓漢式實現
public class Singleton {

    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){
    }

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

//測試方法
public static void main(String [] args){
    //輸出：true 單例正確，不然錯誤
    System.out.println(Singleton.getInstance()==Singleton.getInstance()); 
}

優勢：這種寫法比較簡單，就是在類裝載的時候就完成實例化，避免了線程同步問題。

缺點：在類裝載的時候就完成實例化，沒有達到Lazy Loading的效果。若是從始至終從未使用過這個實例，則會形成內存的浪費。

二、餓漢式（靜態代碼塊）[可用]

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {}

    public Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

這種方式和上面的方式其實相似，只不過將類實例化的過程放在了靜態代碼塊中，也是在類裝載的時候，就執行靜態代碼塊中的代碼，初始化類的實例。

優缺點和上面是同樣的。

三、懶漢式（線程不安全）[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

這種寫法起到了Lazy Loading的效果，可是隻能在單線程下使用。若是在多線程下，一個線程進入了if (singleton == null)判斷語句塊，還將來得及往下執行，另外一個線程也經過了這個判斷語句，這時便會產生多個實例。因此在多線程環境下不可以使用這種方式。

四、懶漢式（線程安全，同步方法）[不推薦用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

解決上面第三種實現方式的線程不安全問題，作個線程同步就能夠了，因而就對getInstance()方法進行了線程同步。

缺點：效率過低了，每一個線程在想得到類的實例時候，執行getInstance()方法都要進行同步。而其實這個方法只執行一次實例化代碼就夠了，後面的想得到該類實例，直接return就好了。方法進行同步效率過低要改進。

五、懶漢式（線程安全，同步代碼塊）[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

因爲第四種實現方式同步效率過低，因此摒棄同步方法，改成同步產生實例化的的代碼塊。可是這種同步並不能起到線程同步的做用。跟第3種實現方式遇到的情形一致，假如一個線程進入了if (singleton == null)判斷語句塊，還將來得及往下執行，另外一個線程也經過了這個判斷語句，這時便會產生多個實例。

六、懶漢式（雙重檢查）[推薦用]

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

Double-Check概念對於多線程開發者來講不會陌生，如代碼中所示，咱們進行了兩次if (singleton == null)檢查，這樣就能夠保證線程安全了。這樣，實例化代碼只用執行一次，後面再次訪問時，判斷if (singleton == null)，直接return實例化對象。

優勢：線程安全；延遲加載；效率較高。

七、靜態內部類[推薦用]

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

這種方式跟餓漢式方式採用的機制相似，但又有不一樣。二者都是採用了類裝載的機制來保證初始化實例時只有一個線程。不一樣的地方在餓漢式方式是隻要Singleton類被裝載就會實例化，沒有Lazy-Loading的做用，而靜態內部類方式在Singleton類被裝載時並不會當即實例化，而是在須要實例化時，調用getInstance方法，纔會裝載SingletonInstance類，從而完成Singleton的實例化。

類的靜態屬性只會在第一次加載類的時候初始化，因此在這裏，JVM幫助咱們保證了線程的安全性，在類進行初始化時，別的線程是沒法進入的。

優勢：避免了線程不安全，延遲加載，效率高。

八、枚舉[推薦用]

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void method() {
    }
}

藉助JDK1.5中添加的枚舉來實現單例模式。不只能避免多線程同步問題，並且還能防止反序列化從新建立新的對象, **防止經過反射進行單例*****。多是由於枚舉在JDK1.5中才添加，因此在實際項目開發中，不多見人這麼寫過。

單例優勢

系統內存中該類只存在一個對象，節省了系統資源，對於一些須要頻繁建立銷燬的對象，使用單例模式能夠提升系統性能。

單例缺點

當想實例化一個單例類的時候，必需要記住使用相應的獲取對象的方法，而不是使用new，可能會給其它開發人員形成困擾，特別是看不到源碼的時候。

適用場合

• 須要頻繁的進行建立和銷燬的對象；
• 建立對象時耗時過多或耗費資源過多，但又常常用到的對象；
• 工具類對象；
• 頻繁訪問數據庫或文件的對象。