什么是單例模式?
在文章開始之前我們還是有必要介紹一下什么是單例模式北苟。單例模式是為確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并為整個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)全局訪問點(diǎn)的一種模式方法怕篷。
從概念中體現(xiàn)出了單例的一些特點(diǎn)：
（1）历筝、在任何情況下，單例類永遠(yuǎn)只有一個(gè)實(shí)例存在
（2）廊谓、單例需要有能力為整個(gè)系統(tǒng)提供這一唯一實(shí)例?
為了便于讀者更好的理解這些概念漫谷，下面給出這么一段內(nèi)容敘述：
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，線程池蹂析、緩存舔示、日志對象碟婆、對話框、打印機(jī)惕稻、顯卡的驅(qū)動程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計(jì)成單例竖共。這些應(yīng)用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)俺祠，但只能有一個(gè)Printer Spooler公给，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺計(jì)算機(jī)可以有若干通信端口蜘渣，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)集中管理這些通信端口淌铐，以避免一個(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請求同時(shí)調(diào)用∧韪祝總之腿准，選擇單例模式就是為了避免不一致狀態(tài)，避免政出多頭拾碌。
正是由于這個(gè)特點(diǎn)吐葱，單例對象通常作為程序中的存放配置信息的載體，因?yàn)樗鼙ＷC其他對象讀到一致的信息校翔。例如在某個(gè)服務(wù)器程序中弟跑，該服務(wù)器的配置信息可能存放在數(shù)據(jù)庫或文件中，這些配置數(shù)據(jù)由某個(gè)單例對象統(tǒng)一讀取防症，服務(wù)進(jìn)程中的其他對象如果要獲取這些配置信息孟辑，只需訪問該單例對象即可。這種方式極大地簡化了在復(fù)雜環(huán)境 下蔫敲，尤其是多線程環(huán)境下的配置管理饲嗽，但是隨著應(yīng)用場景的不同，也可能帶來一些同步問題燕偶。
各式各樣的單例實(shí)現(xiàn)
溫馨提示：本文敘述中涉及到的相關(guān)源碼可以在這里進(jìn)行下載源碼喝噪，讀者可免積分下載础嫡。
1指么、餓漢式單例
餓漢式單例是指在方法調(diào)用前，實(shí)例就已經(jīng)創(chuàng)建好了榴鼎。下面是實(shí)現(xiàn)代碼：
package org.mlinge.s01;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = new MySingleton();
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
return instance;
}
}
以上是單例的餓漢式實(shí)現(xiàn)伯诬，我們來看看餓漢式在多線程下的執(zhí)行情況，給出一段多線程的執(zhí)行代碼：
package org.mlinge.s01;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println(MySingleton.getInstance().hashCode());
}
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mts = new MyThread[10];
for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){
mts[i] = new MyThread();
}
for (int j = 0; j < mts.length; j++) {
mts[j].start();
}
}
}
以上代碼運(yùn)行結(jié)果：
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
從運(yùn)行結(jié)果可以看出實(shí)例變量額hashCode值一致巫财，這說明對象是同一個(gè)盗似，餓漢式單例實(shí)現(xiàn)了。
2平项、懶漢式單例
懶漢式單例是指在方法調(diào)用獲取實(shí)例時(shí)才創(chuàng)建實(shí)例赫舒，因?yàn)橄鄬︷I漢式顯得“不急迫”悍及，所以被叫做“懶漢模式”。下面是實(shí)現(xiàn)代碼：
package org.mlinge.s02;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
if(instance == null){//懶漢式
instance = new MySingleton();
}
return instance;
}
}
這里實(shí)現(xiàn)了懶漢式的單例接癌，但是熟悉多線程并發(fā)編程的朋友應(yīng)該可以看出心赶，在多線程并發(fā)下這樣的實(shí)現(xiàn)是無法保證實(shí)例實(shí)例唯一的，甚至可以說這樣的失效是完全錯(cuò)誤的缺猛，下面我們就來看一下多線程并發(fā)下的執(zhí)行情況缨叫，這里為了看到效果，我們對上面的代碼做一小點(diǎn)修改：
package org.mlinge.s02;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
try {
if(instance != null){//懶漢式
}else{
//創(chuàng)建實(shí)例之前可能會有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作
Thread.sleep(300);
instance = new MySingleton();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
這里假設(shè)在創(chuàng)建實(shí)例前有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作要處理荔燎，多線程調(diào)用：
package org.mlinge.s02;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println(MySingleton.getInstance().hashCode());
}
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mts = new MyThread[10];
for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){
mts[i] = new MyThread();
}
for (int j = 0; j < mts.length; j++) {
mts[j].start();
}
}
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
1210420568
1210420568
1935123450
1718900954
1481297610
1863264879
369539795
1210420568
1210420568
602269801
從這里執(zhí)行結(jié)果可以看出耻姥，單例的線程安全性并沒有得到保證，那要怎么解決呢有咨？
3琐簇、線程安全的懶漢式單例
要保證線程安全，我們就得需要使用同步鎖機(jī)制摔吏，下面就來看看我們?nèi)绾我徊讲降慕鉀Q 存在線程安全問題的懶漢式單例（錯(cuò)誤的單例）鸽嫂。
（1）、 方法中聲明synchronized關(guān)鍵字
出現(xiàn)非線程安全問題征讲，是由于多個(gè)線程可以同時(shí)進(jìn)入getInstance()方法据某，那么只需要對該方法進(jìn)行synchronized的鎖同步即可：
package org.mlinge.s03;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
public synchronized static MySingleton getInstance() {
try {
if(instance != null){//懶漢式
}else{
//創(chuàng)建實(shí)例之前可能會有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作
Thread.sleep(300);
instance = new MySingleton();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
此時(shí)任然使用前面驗(yàn)證多線程下執(zhí)行情況的MyThread類來進(jìn)行驗(yàn)證，將其放入到org.mlinge.s03包下運(yùn)行诗箍，執(zhí)行結(jié)果如下：
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
1689058373
從執(zhí)行結(jié)果上來看癣籽，問題已經(jīng)解決了，但是這種實(shí)現(xiàn)方式的運(yùn)行效率會很低滤祖。同步方法效率低筷狼，那我們考慮使用同步代碼塊來實(shí)現(xiàn)：
（2）、 同步代碼塊實(shí)現(xiàn)
package org.mlinge.s03;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
//public synchronized static MySingleton getInstance() {
public static MySingleton getInstance() {
try {
synchronized (MySingleton.class) {
if(instance != null){//懶漢式
}else{
//創(chuàng)建實(shí)例之前可能會有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作
Thread.sleep(300);
instance = new MySingleton();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
這里的實(shí)現(xiàn)能夠保證多線程并發(fā)下的線程安全性匠童，但是這樣的實(shí)現(xiàn)將全部的代碼都被鎖上了埂材，同樣的效率很低下。
（3）汤求、 針對某些重要的代碼來進(jìn)行單獨(dú)的同步（可能非線程安全）
針對某些重要的代碼進(jìn)行單獨(dú)的同步俏险，而不是全部進(jìn)行同步，可以極大的提高執(zhí)行效率扬绪，我們來看一下：
package org.mlinge.s04;
public class MySingleton {
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
try {?
if(instance != null){//懶漢式
}else{
//創(chuàng)建實(shí)例之前可能會有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作
Thread.sleep(300);
synchronized (MySingleton.class) {
instance = new MySingleton();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
此時(shí)同樣使用前面驗(yàn)證多線程下執(zhí)行情況的MyThread類來進(jìn)行驗(yàn)證竖独，將其放入到org.mlinge.s04包下運(yùn)行，執(zhí)行結(jié)果如下：
1481297610
397630378
1863264879
1210420568
1935123450
369539795
590202901
1718900954
1689058373
602269801
從運(yùn)行結(jié)果來看挤牛，這樣的方法進(jìn)行代碼塊同步莹痢，代碼的運(yùn)行效率是能夠得到提升，但是卻沒能保住線程的安全性【荷牛看來還得進(jìn)一步考慮如何解決此問題航瞭。
（4）、 Double Check Locking 雙檢查鎖機(jī)制（推薦）
為了達(dá)到線程安全坦辟，又能提高代碼執(zhí)行效率沧奴，我們這里可以采用DCL的雙檢查鎖機(jī)制來完成，代碼實(shí)現(xiàn)如下：
package org.mlinge.s05;
public class MySingleton {
//使用volatile關(guān)鍵字保其可見性
volatile private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
try {?
if(instance != null){//懶漢式
}else{
//創(chuàng)建實(shí)例之前可能會有一些準(zhǔn)備性的耗時(shí)工作
Thread.sleep(300);
synchronized (MySingleton.class) {
if(instance == null){//二次檢查
instance = new MySingleton();
}
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
}
}
將前面驗(yàn)證多線程下執(zhí)行情況的MyThread類放入到org.mlinge.s05包下運(yùn)行长窄，執(zhí)行結(jié)果如下：
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
369539795
從運(yùn)行結(jié)果來看滔吠，該中方法保證了多線程并發(fā)下的線程安全性。
這里在聲明變量時(shí)使用了volatile關(guān)鍵字來保證其線程間的可見性挠日；在同步代碼塊中使用二次檢查疮绷，以保證其不被重復(fù)實(shí)例化。集合其二者嚣潜，這種實(shí)現(xiàn)方式既保證了其高效性冬骚，也保證了其線程安全性。
4懂算、使用靜態(tài)內(nèi)置類實(shí)現(xiàn)單例模式
DCL解決了多線程并發(fā)下的線程安全問題只冻，其實(shí)使用其他方式也可以達(dá)到同樣的效果，代碼實(shí)現(xiàn)如下：
package org.mlinge.s06;
public class MySingleton {
//內(nèi)部類
private static class MySingletonHandler{
private static MySingleton instance = new MySingleton();
}
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
return MySingletonHandler.instance;
}
}
以上代碼就是使用靜態(tài)內(nèi)置類實(shí)現(xiàn)了單例模式计技，這里將前面驗(yàn)證多線程下執(zhí)行情況的MyThread類放入到org.mlinge.s06包下運(yùn)行喜德，執(zhí)行結(jié)果如下：
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
從運(yùn)行結(jié)果來看，靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)的單例在多線程并發(fā)下單個(gè)實(shí)例得到了保證垮媒。
5舍悯、序列化與反序列化的單例模式實(shí)現(xiàn)
靜態(tài)內(nèi)部類雖然保證了單例在多線程并發(fā)下的線程安全性，但是在遇到序列化對象時(shí)睡雇，默認(rèn)的方式運(yùn)行得到的結(jié)果就是多例的萌衬。
代碼實(shí)現(xiàn)如下：
package org.mlinge.s07;
import java.io.Serializable;
public class MySingleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
//內(nèi)部類
private static class MySingletonHandler{
private static MySingleton instance = new MySingleton();
}
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
return MySingletonHandler.instance;
}
}
序列化與反序列化測試代碼：
package org.mlinge.s07;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class SaveAndReadForSingleton {
public static void main(String[] args) {
MySingleton singleton = MySingleton.getInstance();
File file = new File("MySingleton.txt");
try {
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(singleton);
fos.close();
oos.close();
System.out.println(singleton.hashCode());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
MySingleton rSingleton = (MySingleton) ois.readObject();
fis.close();
ois.close();
System.out.println(rSingleton.hashCode());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
運(yùn)行以上代碼，得到的結(jié)果如下：
865113938
1442407170
從結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)它抱，序列號對象的hashCode和反序列化后得到的對象的hashCode值不一樣秕豫，說明反序列化后返回的對象是重新實(shí)例化的，單例被破壞了观蓄。那怎么來解決這一問題呢混移？
解決辦法就是在反序列化的過程中使用readResolve()方法，單例實(shí)現(xiàn)的代碼如下：
package org.mlinge.s07;
import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;
public class MySingleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
//內(nèi)部類
private static class MySingletonHandler{
private static MySingleton instance = new MySingleton();
}
private MySingleton(){}
public static MySingleton getInstance() {
return MySingletonHandler.instance;
}
//該方法在反序列化時(shí)會被調(diào)用蜘腌，該方法不是接口定義的方法沫屡，有點(diǎn)兒約定俗成的感覺
protected Object readResolve() throws ObjectStreamException {
System.out.println("調(diào)用了readResolve方法饵隙！");
return MySingletonHandler.instance;
}
}
再次運(yùn)行上面的測試代碼撮珠，得到的結(jié)果如下：
865113938
調(diào)用了readResolve方法！
865113938
從運(yùn)行結(jié)果可知，添加readResolve方法后反序列化后得到的實(shí)例和序列化前的是同一個(gè)實(shí)例芯急，單個(gè)實(shí)例得到了保證勺届。
6、使用static代碼塊實(shí)現(xiàn)單例
靜態(tài)代碼塊中的代碼在使用類的時(shí)候就已經(jīng)執(zhí)行了娶耍，所以可以應(yīng)用靜態(tài)代碼塊的這個(gè)特性的實(shí)現(xiàn)單例設(shè)計(jì)模式免姿。
package org.mlinge.s08;
public class MySingleton{
private static MySingleton instance = null;
private MySingleton(){}
static{
instance = new MySingleton();
}
public static MySingleton getInstance() {
return instance;
}
}
測試代碼如下：
package org.mlinge.s08;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(MySingleton.getInstance().hashCode());
}
}
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mts = new MyThread[3];
for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){
mts[i] = new MyThread();
}
for (int j = 0; j < mts.length; j++) {
mts[j].start();
}
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下：
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
1718900954
從運(yùn)行結(jié)果看，單例的線程安全性得到了保證榕酒。
7胚膊、使用枚舉數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)單例模式
枚舉enum和靜態(tài)代碼塊的特性相似，在使用枚舉時(shí)想鹰，構(gòu)造方法會被自動調(diào)用紊婉，利用這一特性也可以實(shí)現(xiàn)單例：
package org.mlinge.s09;
public enum EnumFactory{
?? ?singletonFactory;
?? ?private MySingleton instance;
?? ?private EnumFactory(){//枚舉類的構(gòu)造方法在類加載是被實(shí)例化
?? ??? ?instance = new MySingleton();
?? ?}
?? ?public MySingleton getInstance(){
?? ??? ?return instance;
?? ?}
}
class MySingleton{//需要獲實(shí)現(xiàn)單例的類，比如數(shù)據(jù)庫連接Connection
?? ?public MySingleton(){}
}
測試代碼如下：
package org.mlinge.s09;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println(EnumFactory.singletonFactory.getInstance().hashCode());
}
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mts = new MyThread[10];
for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){
mts[i] = new MyThread();
}
for (int j = 0; j < mts.length; j++) {
mts[j].start();
}
}
}
執(zhí)行后得到的結(jié)果：
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
1481297610
運(yùn)行結(jié)果表明單例得到了保證辑舷，但是這樣寫枚舉類被完全暴露了喻犁，據(jù)說違反了“職責(zé)單一原則”，那我們來看看怎么進(jìn)行改造呢何缓。
8肢础、完善使用enum枚舉實(shí)現(xiàn)單例模式
不暴露枚舉類實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的封裝代碼如下：
package org.mlinge.s10;
public class ClassFactory{
private enum MyEnumSingleton{
singletonFactory;
private MySingleton instance;
private MyEnumSingleton(){//枚舉類的構(gòu)造方法在類加載是被實(shí)例化
instance = new MySingleton();
}
public MySingleton getInstance(){
return instance;
}
}
public static MySingleton getInstance(){
return MyEnumSingleton.singletonFactory.getInstance();
}
}
class MySingleton{//需要獲實(shí)現(xiàn)單例的類，比如數(shù)據(jù)庫連接Connection
public MySingleton(){}
}
驗(yàn)證單例實(shí)現(xiàn)的代碼如下：
package org.mlinge.s10;
public class MyThread extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println(ClassFactory.getInstance().hashCode());
}
public static void main(String[] args) {
MyThread[] mts = new MyThread[10];
for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){
mts[i] = new MyThread();
}
for (int j = 0; j < mts.length; j++) {
mts[j].start();
}
}
}
驗(yàn)證結(jié)果：
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
1935123450
驗(yàn)證結(jié)果表明碌廓，完善后的單例實(shí)現(xiàn)更為合理传轰。
以上就是本文要介紹的所有單例模式的實(shí)現(xiàn)，相信認(rèn)真閱讀的讀者都已經(jīng)明白文章開頭所引入的那幾個(gè)問題了谷婆，祝大家讀得開心:-D路召！
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作者：mlinge-奮斗吧
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/cselmu9/article/details/51366946
版權(quán)聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請附上博文鏈接波材！
