0. 序言
- 我們要熟練掌握單例模式保檐。不管是實戰(zhàn)開發(fā)中拒贱，還是面試手寫設(shè)計模式中宛徊，都少不了它。
- 通過閱讀本篇博文逻澳，你會了解常用的單例模式闸天，單例模式三要素，以及如何保證單例模式的安全性斜做。
1. 定義
- 保證一個類僅有一個實例苞氮，并提供一個訪問它的全局訪問點。
2. UML類圖
3. 通用代碼（餓漢式）
public class Singleton {
private static final Singleton sSingleton = new Singleton();
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getSingleton() {
return sSingleton;
}
//類中其他方法瓤逼，盡量是static
public static void doSometing() {
}
}
4. 三要素（非常重要）
- 私有構(gòu)造函數(shù)笼吟。
- 暴露公有靜態(tài)方法返回單例類唯一對象。
- 在多線程環(huán)境下確保單例類對象有且只有一個霸旗。
5. 優(yōu)點
- 只有一個實例贷帮，減少內(nèi)存開支。（頻繁創(chuàng)建時）
- 只生成一個實例诱告，減少系統(tǒng)性能開銷撵枢。（一個對象需要比較多的資源時）
- 避免對資源的多重占用，以免對同一個資源文件同時操作精居。（比如：寫文件時）
- 優(yōu)化和共享資源訪問锄禽。（可以在系統(tǒng)設(shè)置全局的訪問點）
6. 缺點
- 沒有接口，擴展困難箱蟆，只能修改代碼沟绪。疑問：為什么不增加接口呢？因為單例模式要求“自行實例化”空猜，接口對單例模式?jīng)]有意義绽慈。
- 對測試不利恨旱。并行開發(fā)環(huán)境中，單例模式?jīng)]有完成坝疼，是不能進行測試的搜贤。
- 單例模式與單一職責(zé)原則有沖突。后者規(guī)定一個類應(yīng)該只實現(xiàn)一個邏輯钝凶，是不是單例取決于環(huán)境仪芒。前者規(guī)定必須是單例而且沒有規(guī)定只能有一個邏輯。
7. 使用場景
- 當(dāng)要求一個類有且只有一個對象耕陷，出現(xiàn)多個對象就會發(fā)生“不良反應(yīng)”時掂名，比如訪問I/O或者數(shù)據(jù)庫等資源。
- 整個項目需要一個共享訪問點或者共享數(shù)據(jù)哟沫。
- 工具類對象饺蔑。
8. 注意事項（一）
在高并發(fā)的情況下，餓漢式不會出現(xiàn)產(chǎn)生多個實例的情況嗜诀，但是懶漢式就要注意線程的同步問題猾警，懶漢式代碼如下：
public class Singleton {
private static Singleton sSingleton = null;
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getSingleton() {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
return sSingleton;
}
}
該單例模式在低并發(fā)的情況下并不會出現(xiàn)問題，若并發(fā)量增大則可能出現(xiàn)多個實例隆敢！為什么會這樣呢发皿？
如一個線程A執(zhí)行到sSingleton = new Singleton()，但是沒有獲得對象（對象初始化是需要時間的）拂蝎，第二個線程B也在執(zhí)行穴墅，執(zhí)行到（sSingleton == null）判斷，那么線程B獲得判斷條件也是真温自，于是繼續(xù)運行下去封救，線程A獲得了一個對象，線程B也獲得了一個對象捣作，在內(nèi)存中就出現(xiàn)兩個對象。
解決線程不安全的方法有很多鹅士，可以在getSingleton方法前加sychronized關(guān)鍵字券躁，也可以在getSingleton方法內(nèi)增加sychronized來實現(xiàn)。
public class Singleton {
private static Singleton sSingleton = null;
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static sychronized Singleton getSingleton() {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
return sSingleton;
}
}
優(yōu)點是單例只有在使用時才會被實例化掉盅，在一定程序上節(jié)約了資源也拜；缺點是第一次加載時需要及時進行實例化，反應(yīng)稍慢趾痘，最大的問題是每次調(diào)用getInstance都進行同步慢哈，造成不必要的同步開銷。
所以相比懶漢式永票，更加推薦餓漢式卵贱，當(dāng)然各有利弊滥沫，下文會推薦幾種適用的單例模式，別著急键俱，接著往下看兰绣。
9. 注意事項（二）
除了擔(dān)心高并發(fā)以外，還需要考慮對象的復(fù)制情況编振。
在Java中缀辩，對象默認是不可以被復(fù)制的，若實現(xiàn)Cloneable接口踪央，實現(xiàn)clone方法臀玄，則可以直接通過對象復(fù)制方法創(chuàng)建一個新對象，對象復(fù)制是不用調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)的畅蹂，因此即使是私有的構(gòu)造函數(shù)健无，對象仍然可以被復(fù)制。所以解決該問題的方法就是單例類不要實現(xiàn)Cloneable接口魁莉。
10. 推薦寫法
- 餓漢式模式
public class Singleton {
private static final Singleton sSingleton = new Singleton();
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getSingleton() {
return sSingleton;
}
//類中其他方法睬涧，盡量是static
public static void doSometing() {
}
}
優(yōu)點：類加載時就完成了初始化，所以類加載較慢旗唁，但獲取對象的速度快畦浓。這種方式基于類加載機制，避免了多線程的同步問題检疫。
缺點：不能達到懶加載的效果讶请，如果從始至終未使用過這個實例，則會造成內(nèi)存的浪費屎媳。
推薦場景：單例模式經(jīng)常使用的場景下夺溢，選擇餓漢式。
- 雙重檢索模式（DCL）
public class Singleton {
private static Singleton sSingleton = null;
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getSingleton() {
if (sSingleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
}
}
return sSingleton;
}
}
亮點：在getSingleton方法中對instance進行了兩次判空：第一層判斷主要是為了避免不必要的同步烛谊，第二層判斷則是為了在Singleton等于null的情況下才創(chuàng)建實例风响。
分析：
sSingleton = new Singleton()這句話大致做了3件事情：
①：給Singleton的實例分配內(nèi)存。
②：調(diào)用Singleton()構(gòu)造函數(shù)丹禀，初始化成員字段状勤。
③：將sSingleton對象指向分配的內(nèi)存空間（此時sSingleton不是null了）
但是由于Java編譯器允許處理器亂序執(zhí)行等原因，執(zhí)行順序可能是1,2,3双泪，還可能是1,3,2.如果是后者持搜，并且在3執(zhí)行完畢、2未執(zhí)行之前焙矛，被切換到線程B上葫盼，這時候sSingleton因為已經(jīng)在線程A內(nèi)執(zhí)行過了第三點，sSingleton已經(jīng)是非空了村斟，所以線程B直接取走sSingleton贫导，再使用時就會出錯抛猫，導(dǎo)致DCL失效。
為了避免這類事情的發(fā)生脱盲，JDK1.5之后調(diào)整了JVM,具體化了volatile關(guān)鍵字邑滨，只需要將sSingleton定義改成private volatile static Singleton sSingleton = null 就可以保證sSingleton對象每次都是從主內(nèi)存中讀取的，保證了可見性和有序性钱反，這樣的話就可以使用DCL掖看。以后會有相關(guān)Java內(nèi)存方面的文章，具體闡述volatile關(guān)鍵字面哥。
優(yōu)點：資源利用率高哎壳，第一次執(zhí)行g(shù)etSingleton時單例對象才會被實例化。
缺點：第一次加載時反應(yīng)稍慢尚卫。
推薦理由：資源利用率高归榕！線程安全！絕大多數(shù)場景下可以保證單例對象的唯一性吱涉。
完整代碼：
public class Singleton {
private volatile static Singleton sSingleton = null;
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getSingleton() {
if (sSingleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (sSingleton == null) {
sSingleton = new Singleton();
}
}
}
return sSingleton;
}
}
- 靜態(tài)內(nèi)部類單例模式（最推薦的）
DCL雖然解決了資源消耗刹泄、多余的同步、線程安全等問題怎爵，但是在高并發(fā)場景比較復(fù)雜的情況下依然會出現(xiàn)失效的問題特石，所以推薦使用靜態(tài)內(nèi)部類單例模式：
public class Singleton {
//限制產(chǎn)生多個對象
private Singleton() {
}
//通過該方法獲得實例對象
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.sInstance;
}
/**
* 靜態(tài)內(nèi)部類
*/
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton sInstance = new Singleton();
}
}
優(yōu)點：
- 懶加載：
第一次加載Singleton類時并不會初始化sInstance，只有在第一次調(diào)用Singleton的getInstance方法時才會導(dǎo)致sInstance被初始化鳖链。 - 線程安全和單例對象唯一性：
第一次調(diào)用Singleton的getInstance方法時會導(dǎo)致虛擬機加載SingletonHolder類姆蘸，這種方式確保了線程安全，還保證了單例對象的唯一性芙委。
推薦理由:懶加載逞敷、線程安全、單例對象唯一性灌侣。
- 枚舉模式
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("do sth.");
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return INSTANCE;
}
}
優(yōu)點：默認枚舉實例的創(chuàng)建實線程安全的推捐，并且在任何情況下它都是一個單例，包括序列化侧啼。
推薦理由：寫法簡單玖姑，甚至在反序列化的情況下，依然可以保證單例的唯一性慨菱。
- 容器模式
public class Singleton {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();
private Singleton() {
}
public static void registerService(String key, Object instance) {
if (!objMap.containsKey(key)) {
objMap.put(key, instance);
}
}
public static Object getService(String key) {
return objMap.get(key);
}
}
分析：在程序的初始，將多種單例類型注入到一個統(tǒng)一的管理類中戴甩，在使用時根據(jù)key獲取對象對應(yīng)類型的對象符喝。這種方式使得我們可以管理多種類型的單例，并且在使用時可以通過統(tǒng)一的接口進行獲取操作甜孤，降低了用戶的使用成本协饲，也對用戶隱藏了具體實現(xiàn)畏腕，降低了耦合度。
11. 特別注意
通過反序列化茉稠，上面幾種單例模式都會出現(xiàn)
重新創(chuàng)建對象的情況描馅，枚舉不包括在內(nèi)。
通過反序列化可以將一個單例的實例對象寫到磁盤而线，然后再讀回來铭污，從而獲得一個實例。及時構(gòu)造函數(shù)是私有的膀篮，反序列化依然可以通過特殊途徑去創(chuàng)建類的一個新的實例嘹狞。
反序列化操作提供了一個很特別的函數(shù)，類中具有一個私有的誓竿、被實例化的方法readResolve磅网，通過這個方法可以讓開發(fā)人員控制對象的反序列化。
所以上述幾個示例（不包括枚舉）中如果要杜絕單例對象在被反序列化時重新生成對象筷屡，必須加入以下方法
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return sInstance;
}
readResolve方法將sInstance對象返回涧偷，而不是默認的重新生成一個新的對象。
12. 后續(xù)
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