單例模式

在一個系統(tǒng)開發(fā)過程中，我們在基于節(jié)省內(nèi)存資源、保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的一致性的考慮上，往往需要對某些類要求只能創(chuàng)建一個實例，即「保證類只有一個實例」的設(shè)計模式就是單例模式。

比如我們遇到過的各種Manager管理類，各種Factory工廠類；

Spring 框架應(yīng)用中的 ApplicationContext、數(shù)據(jù)庫中的連接池等也都是單例模式。

本文旨在淺析一下單例模式的寫法。

單例模式的8種寫法

1. 餓漢式

/***?類加載的時候就實例化一個實例，JVM保證線程安全*?也稱餓漢式*?該方式簡單實用*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_1?{private?static?final?Singleton_1?INSTANCE?=?new?Singleton_1();/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_1()?{}public?static?Singleton_1?getInstance()?{return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{Singleton_1?instance1?=?Singleton_1.getInstance();Singleton_1?instance2?=?Singleton_1.getInstance();System.out.println(instance1?==?instance2);} }

這是我推薦使用的方法，簡單實用，寫著安心，用著放心。

2. 意思同第一種，只是寫法不同

/***?和Singleton_1是同一個意思*?只是將new的動作放在了代碼塊里*?類加載到內(nèi)存的時候只加載一個實例*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_2?{private?static?final?Singleton_2?INSTANCE;static?{INSTANCE?=?new?Singleton_2();}/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_2()?{}public?static?Singleton_2?getInstance()?{return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{Singleton_2?instance1?=?Singleton_2.getInstance();Singleton_2?instance2?=?Singleton_2.getInstance();System.out.println(instance1?==?instance2);} }

和第一種寫法是同一個意思，只是將new的動作放在了代碼塊里，類加載到內(nèi)存的時候只加載一個實例。

3. 懶漢式，用到的時候才實例化

/***?懶漢式*?這種寫法雖然達(dá)到了用的時候才初始化的目的，但是存在多線程獲取實例時相互影響的問題*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_3?{private?static?Singleton_3?INSTANCE;/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_3()?{}public?static?Singleton_3?getInstance()?{if?(INSTANCE?==?null)?{//?sleep一下，測試try?{Thread.sleep(1);}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}INSTANCE?=?new?Singleton_3();}return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_3.getInstance().hashCode())).start();}} }

這種寫法雖然達(dá)到了用的時候才初始化的目的，但是「存在多線程獲取實例時相互影響」的問題。

運行結(jié)果：

4. 在上一種寫法的基礎(chǔ)上加synchronized鎖，保證線程安全

/***?lazy?loading?懶漢式*?*?可以用synchronized加鎖，但是效率會降低*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_4?{private?static?Singleton_4?INSTANCE;/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_4()?{}/***?既然lazy?loading的寫法有線程安全問題，那就加把鎖*/public?static?synchronized?Singleton_4?getInstance()?{if?(INSTANCE?==?null)?{//?測試，sleep一下，增加被其他線程打斷的機會try?{Thread.sleep(1);}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}INSTANCE?=?new?Singleton_4();}return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_4.getInstance().hashCode())).start();}} }

這種方式可行，但會帶來效率下降的問題。下面繼續(xù)“吹毛求疵”。

5. 那就在線程安全的基礎(chǔ)上減少鎖住的代碼數(shù)量，「這里有坑」

/***?lazy?loading?懶漢式*?在加鎖的基礎(chǔ)上再優(yōu)化一下，減少加鎖代碼塊的數(shù)量*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_5?{private?static?Singleton_5?INSTANCE;/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_5()?{}public?static?Singleton_5?getInstance()?{if?(INSTANCE?==?null)?{//不在方法上加鎖而在new的時候才加鎖，減少鎖的代碼，然而這種方式并不行synchronized?(Singleton_5.class)?{//?測試，sleep一下，增加被其他線程打斷的機會try?{Thread.sleep(1);}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}INSTANCE?=?new?Singleton_5();}}return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_5.getInstance().hashCode())).start();}} }

先看運行結(jié)果：

說明這種寫法看似在線程安全有減少了鎖的代碼量，其實是達(dá)不到“永遠(yuǎn)”單例的目的的。

「原因分析」：線程A運行完if(INSTANCE == null)，還沒拿到鎖時候，線程B也運行到if(INSTANCE == null)這一句并且拿到鎖進(jìn)行了new實例化，然后線程B釋放鎖，線程A得到鎖繼續(xù)運行if語句塊里面的內(nèi)容進(jìn)行new的過程，這樣就出現(xiàn)了不同的實例了。

6. 那就來個雙重檢查鎖（Double Check Locking）吧

/***?在加鎖的基礎(chǔ)上再優(yōu)化一下，減少加鎖代碼塊的數(shù)量---事實證明不可行*?那就雙重檢查DCL*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_6?{private?static?Singleton_6?INSTANCE;/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_6()?{}public?static?Singleton_6?getInstance()?{if?(INSTANCE?==?null)?{?//第一重檢查synchronized?(Singleton_6.class)?{if?(INSTANCE?==?null)?{?//第二重檢查//?測試，sleep一下，增加被其他線程打斷的機會try?{Thread.sleep(1);}?catch?(InterruptedException?e)?{e.printStackTrace();}INSTANCE?=?new?Singleton_6();}}}return?INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_6.getInstance().hashCode())).start();}} }

這里，提個問題：「INSTANCE要不要加volatile」？

答案是肯定的。

「volatile」的作用是「保證線程可見性和禁止指令重排序」。在DCL單利模式寫法中，volatile主要是用于禁止指令重排序的。因為如果不加volatile關(guān)鍵字，那么可能會出現(xiàn)指令重排序。

假設(shè)：一個線程A執(zhí)行到 「INSTANCE = new Singleton_6()」 的時候，經(jīng)過編譯器編譯，會分成三個指令（注意 INSTANCE 是static的）：

給指令申請內(nèi)存

給成員變量初始化

把這塊內(nèi)存的內(nèi)容賦值給INSTANCE

既然有值了，那么線程B上來先進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有值，就不會進(jìn)入加鎖那部分的代碼了。

加了「volatile」后，就不允許指令重排序了。所以此時一定是保證線程A初始化完了才會復(fù)制給這個變量。

7. 靜態(tài)內(nèi)部類方式

/***?靜態(tài)內(nèi)部類方式*?JVM保證單例*?加載外部類時不會加載內(nèi)部類---也可實現(xiàn)懶加載*?@author?行百里er*/ public?class?Singleton_7?{/***?私有的構(gòu)造方法，其他地方不能new*/private?Singleton_7()?{}private?static?class?SingletonHolder?{private?static?final?Singleton_7?INSTANCE?=?new?Singleton_7();}public?static?Singleton_7?getInstance()?{return?SingletonHolder.INSTANCE;}/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_7.getInstance().hashCode())).start();}} }

即可保證單例（虛擬機保證），也能實現(xiàn)懶加載。

如果非要追求完美，那么可以用這種方式。

8. 完美中的完美方式，Enum實現(xiàn)單例

/***?枚舉單例*?不僅可以解決線程同步，還可以防止反序列化*/ public?enum?Singleton_8?{INSTANCE;/***?for?test*/public?static?void?main(String[]?args)?{//同一個類的不同對象的hashcode不同//跑100個線程，看看有沒有不同的實例for?(int?i?=?0;?i?<?100;?i++)?{new?Thread(()?->?System.out.println(Singleton_8.INSTANCE.hashCode())).start();}} }

膜拜一波這種寫法！這是Java創(chuàng)始人之一的大神在《Effective Java》這本書中推薦的寫法。

小結(jié)

雖然單例模式有這么多種寫法，但不少是炫技式的花活，有點像孔乙己的“茴”字的N中寫法。

這里我們理解其中有些寫法的“瑕疵”和其中蘊含的“原理”就可以了。

有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)

歡迎大家關(guān)注Java之道公眾號

好文章，我在看??

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【设计模式】各个击破单例模式的8种写法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。