单例模式

你过来ya
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简介

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

实现

  1. 懒汉式
  • 是否 Lazy 初始化：是
  • 是否多线程安全：是
  • 实现难度：易
  • 描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
  • 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
  • 缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
public class _1_LazySingleton {
    //创建SingleObject的一个对象
    private static _1_LazySingleton instance;

    //让构造函数私有化
    private _1_LazySingleton(){}

    //获取唯一可用的对象
    public static synchronized  _1_LazySingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new _1_LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}
  1. 饿汉式
  • 是否 Lazy 初始化：否
  • 是否多线程安全：是
  • 实现难度：易
  • 描述：种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
  • 优点：种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
  • 缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
  • 特点: 它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
public class _2_HungerSingleton {

    //创建SingleObject的一个对象
    private static _2_HungerSingleton instance = new _2_HungerSingleton();

    //让构造函数私有化
    private _2_HungerSingleton(){}

    //获取唯一可用的对象
    public static _2_HungerSingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new _2_HungerSingleton();
        }
        return instance;
    }
}
  1. 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
  • 是否 Lazy 初始化：是
  • 是否多线程安全：是
  • 实现难度：较复杂
  • 描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
public class _3_DclSingleton {

    private volatile static _3_DclSingleton singleton;

    private _3_DclSingleton(){}

    public static _3_DclSingleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized (_3_DclSingleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new _3_DclSingleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}
  1. 静态内部类
  • 是否 Lazy 初始化：是
  • 是否多线程安全：是
  • 实现难度：一般
  • 描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。 这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第饿汉式不同的是：饿汉式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比饿汉式就显得很合理。
public class _4_StaticInnerSingleton {

    private static class SingletonHolder {
        private static final _4_StaticInnerSingleton instance = new _4_StaticInnerSingleton();
    }

    private _4_StaticInnerSingleton(){}

    public static final _4_StaticInnerSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }

}
  1. 枚举
  • 是否 Lazy 初始化：否
  • 是否多线程安全：是
  • 实现难度：易
  • 描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。 不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。
public enum _5_EnumSingleton {
    INSTANCE;
}

总结

一般情况下，不建议使用懒汉方式，建议使用饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第静态内部类。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双检锁方式。

代码

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