單例模式
單例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一挖垛。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式统阿,它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式躯肌。
這種模式涉及到一個(gè)單一的類滩援,該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對(duì)象强品,同時(shí)確保只有單個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建膘侮。這個(gè)類提供了一種訪問其唯一的對(duì)象的方式,可以直接訪問的榛,不需要實(shí)例化該類的對(duì)象琼了。
注意:
1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例困曙。
2表伦、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例谦去。
3慷丽、單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。
介紹
意圖:保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例鳄哭,并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)要糊。
主要解決:一個(gè)全局使用的類頻繁地創(chuàng)建與銷毀。
何時(shí)使用:當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目妆丘,節(jié)省系統(tǒng)資源的時(shí)候锄俄。
如何解決:判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)有這個(gè)單例局劲,如果有則返回,如果沒有則創(chuàng)建奶赠。
關(guān)鍵代碼:構(gòu)造函數(shù)是私有的鱼填。
應(yīng)用實(shí)例:?1、一個(gè)黨只能有一個(gè)主席毅戈。 2苹丸、Windows 是多進(jìn)程多線程的,在操作一個(gè)文件的時(shí)候苇经,就不可避免地出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程或線程同時(shí)操作一個(gè)文件的現(xiàn)象赘理,所以所有文件的處理必須通過唯一的實(shí)例來進(jìn)行。 3扇单、一些設(shè)備管理器常常設(shè)計(jì)為單例模式商模,比如一個(gè)電腦有兩臺(tái)打印機(jī),在輸出的時(shí)候就要處理不能兩臺(tái)打印機(jī)打印同一個(gè)文件蜘澜。
優(yōu)點(diǎn):?1施流、在內(nèi)存里只有一個(gè)實(shí)例,減少了內(nèi)存的開銷兼都,尤其是頻繁的創(chuàng)建和銷毀實(shí)例(比如管理學(xué)院首頁(yè)頁(yè)面緩存)嫂沉。 2、避免對(duì)資源的多重占用(比如寫文件操作)扮碧。
缺點(diǎn):沒有接口趟章,不能繼承,與單一職責(zé)原則沖突慎王,一個(gè)類應(yīng)該只關(guān)心內(nèi)部邏輯蚓土,而不關(guān)心外面怎么樣來實(shí)例化。
使用場(chǎng)景:?1赖淤、要求生產(chǎn)唯一序列號(hào)蜀漆。 2、WEB 中的計(jì)數(shù)器咱旱,不用每次刷新都在數(shù)據(jù)庫(kù)里加一次确丢,用單例先緩存起來。 3吐限、創(chuàng)建的一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過多鲜侥,比如 I/O 與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接等。
注意事項(xiàng):getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時(shí)進(jìn)入造成 instance 被多次實(shí)例化诸典。
實(shí)現(xiàn)
我們將創(chuàng)建一個(gè)?SingleObject?類描函。SingleObject?類有它的私有構(gòu)造函數(shù)和本身的一個(gè)靜態(tài)實(shí)例。
SingleObject?類提供了一個(gè)靜態(tài)方法,供外界獲取它的靜態(tài)實(shí)例舀寓。SingletonPatternDemo胆数,我們的演示類使用?SingleObject?類來獲取?SingleObject?對(duì)象。
步驟 1
創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類互墓。
SingleObject.java
public class SingleObject { ? ??
//創(chuàng)建 SingleObject 的一個(gè)對(duì)象 ??
private static SingleObject instance = new SingleObject(); ? ??
//讓構(gòu)造函數(shù)為 private必尼,這樣該類就不會(huì)被實(shí)例化 ??
private SingleObject(){} ? ??
//獲取唯一可用的對(duì)象 ??
public static SingleObject getInstance(){ ????? return instance; ?? } ? ??
public void showMessage(){ ?????
System.out.println("Hello World!"); ??
}
}
步驟 2
從 singleton 類獲取唯一的對(duì)象。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {? public static void main(String[] args) {? ? ? //不合法的構(gòu)造函數(shù)? ? ? //編譯時(shí)錯(cuò)誤:構(gòu)造函數(shù) SingleObject() 是不可見的? ? ? //SingleObject object = new SingleObject();? ? ? //獲取唯一可用的對(duì)象? ? ? SingleObject object = SingleObject.getInstance();? ? ? //顯示消息? ? ? object.showMessage();? }}
步驟 3
驗(yàn)證輸出篡撵。
Hello World!
單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式
單例模式的實(shí)現(xiàn)有多種方式胰伍,如下所示:
1、懶漢式酸休,線程不安全
是否 Lazy 初始化:是
是否多線程安全:否
實(shí)現(xiàn)難度:易
描述:這種方式是最基本的實(shí)現(xiàn)方式轿亮,這種實(shí)現(xiàn)最大的問題就是不支持多線程没卸。因?yàn)闆]有加鎖 synchronized,所以嚴(yán)格意義上它并不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯牵素,不要求線程安全壤圃,在多線程不能正常工作是辕。
代碼實(shí)例:
public class Singleton {?
? ? private static Singleton instance;?
? ? private Singleton (){}?
? ? public static Singleton getInstance() {?
? ? if (instance == null) {?
? ? ? ? instance = new Singleton();?
? ? }?
? ? return instance;?
? ? }? }?
接下來介紹的幾種實(shí)現(xiàn)方式都支持多線程汁展,但是在性能上有所差異。
2僵缺、懶漢式胡桃,線程安全
是否 Lazy 初始化:是
是否多線程安全:是
實(shí)現(xiàn)難度:易
描述:這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線程中很好的工作磕潮,但是翠胰,效率很低,99% 情況下不需要同步自脯。
優(yōu)點(diǎn):第一次調(diào)用才初始化之景,避免內(nèi)存浪費(fèi)。
缺點(diǎn):必須加鎖 synchronized 才能保證單例膏潮,但加鎖會(huì)影響效率锻狗。
getInstance() 的性能對(duì)應(yīng)用程序不是很關(guān)鍵(該方法使用不太頻繁)。
代碼實(shí)例:
public class Singleton {?
? ? private static Singleton instance;?
? ? private Singleton (){}?
? ? public static synchronized Singleton getInstance() {?
? ? if (instance == null) {?
? ? ? ? instance = new Singleton();?
? ? }?
? ? return instance;?
? ? }? }
3焕参、餓漢式
是否 Lazy 初始化:否
是否多線程安全:是
實(shí)現(xiàn)難度:易
描述:這種方式比較常用轻纪,但容易產(chǎn)生垃圾對(duì)象。
優(yōu)點(diǎn):沒有加鎖叠纷,執(zhí)行效率會(huì)提高刻帚。
缺點(diǎn):類加載時(shí)就初始化,浪費(fèi)內(nèi)存讲岁。
它基于 classloder 機(jī)制避免了多線程的同步問題我擂,不過,instance 在類裝載時(shí)就實(shí)例化缓艳,雖然導(dǎo)致類裝載的原因有很多種校摩,在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用 getInstance 方法, 但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態(tài)方法)導(dǎo)致類裝載阶淘,這時(shí)候初始化 instance 顯然沒有達(dá)到 lazy loading 的效果衙吩。
代碼實(shí)例:
public class Singleton {?
? ? private static Singleton instance = new Singleton();?
? ? private Singleton (){}?
? ? public static Singleton getInstance() {?
? ? return instance;?
? ? }? }?
4、雙檢鎖/雙重校驗(yàn)鎖(DCL溪窒,即 double-checked locking)
JDK 版本:JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化:是
是否多線程安全:是
實(shí)現(xiàn)難度:較復(fù)雜
描述:這種方式采用雙鎖機(jī)制坤塞,安全且在多線程情況下能保持高性能。
getInstance() 的性能對(duì)應(yīng)用程序很關(guān)鍵澈蚌。
代碼實(shí)例:
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;?
? ? }? }?
5摹芙、登記式/靜態(tài)內(nèi)部類
是否 Lazy 初始化:是
是否多線程安全:是
實(shí)現(xiàn)難度:一般
描述:這種方式能達(dá)到雙檢鎖方式一樣的功效,但實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單宛瞄。對(duì)靜態(tài)域使用延遲初始化浮禾,應(yīng)使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用于靜態(tài)域的情況份汗,雙檢鎖方式可在實(shí)例域需要延遲初始化時(shí)使用盈电。
這種方式同樣利用了 classloder 機(jī)制來保證初始化 instance 時(shí)只有一個(gè)線程,它跟第 3 種方式不同的是:第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了杯活,那么 instance 就會(huì)被實(shí)例化(沒有達(dá)到 lazy loading 效果)匆帚,而這種方式是 Singleton 類被裝載了,instance 不一定被初始化旁钧。因?yàn)?SingletonHolder 類沒有被主動(dòng)使用吸重,只有通過顯式調(diào)用 getInstance 方法時(shí),才會(huì)顯式裝載 SingletonHolder 類歪今,從而實(shí)例化 instance晤锹。想象一下,如果實(shí)例化 instance 很消耗資源彤委,所以想讓它延遲加載鞭铆,另外一方面,又不希望在 Singleton 類加載時(shí)就實(shí)例化焦影,因?yàn)椴荒艽_保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動(dòng)使用從而被加載车遂,那么這個(gè)時(shí)候?qū)嵗?instance 顯然是不合適的。這個(gè)時(shí)候斯辰,這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理舶担。
代碼實(shí)例:
public class Singleton {?
? ? private static class SingletonHolder {?
? ? private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();?
? ? }?
? ? private Singleton (){}?
? ? public static final Singleton getInstance() {?
? ? return SingletonHolder.INSTANCE;?
? ? }? }?
6、枚舉
JDK 版本:JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化:否
是否多線程安全:是
實(shí)現(xiàn)難度:易
描述:這種實(shí)現(xiàn)方式還沒有被廣泛采用彬呻,但這是實(shí)現(xiàn)單例模式的最佳方法衣陶。它更簡(jiǎn)潔柄瑰,自動(dòng)支持序列化機(jī)制,絕對(duì)防止多次實(shí)例化剪况。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式教沾,它不僅能避免多線程同步問題,而且還自動(dòng)支持序列化機(jī)制译断,防止反序列化重新創(chuàng)建新的對(duì)象授翻,絕對(duì)防止多次實(shí)例化。不過孙咪,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性堪唐,用這種方式寫不免讓人感覺生疏,在實(shí)際工作中翎蹈,也很少用淮菠。
不能通過 reflection attack 來調(diào)用私有構(gòu)造方法。
代碼實(shí)例:
public enum Singleton {?
? ? INSTANCE;?
? ? public void whateverMethod() {?
? ? }? }?
經(jīng)驗(yàn)之談:一般情況下荤堪,不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式兜材,建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確實(shí)現(xiàn) lazy loading 效果時(shí)逞力,才會(huì)使用第 5 種登記方式曙寡。如果涉及到反序列化創(chuàng)建對(duì)象時(shí),可以嘗試使用第 6 種枚舉方式寇荧。如果有其他特殊的需求举庶,可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。