Java設計模式之單例模式(Singleton Pattern)

_小馬快跑_發表於2017-12-15
Java設計模式單例

**單例模式：用來創造獨一無二的，只能有一個例項的物件設計模式。單例模式確保一個類只有一個例項，並提供一個全域性訪問點。**相比於全域性變數(對物件的靜態引用)，單例模式可以延遲例項化，而且全域性變數不能保證只有一個例項。

UML圖：

singleton.png

**如何保證只有一個例項呢？**我們可以構造器的修飾符變為private，這樣外部類就不能通過new來獲取例項了，還記得修飾符對應的作用域嗎？看下圖：

modifier.png

確定了構造器為private之後，接著再定義一個static方法供全域性訪問來獲得這個單例，首先可以先這樣實現：

 private static SingleTon uniqueInstance;
 //私有構造器
 private SingleTon() {
 }
 //定義static供全域性訪問
 public static SingleTon getInstance() {
     if (uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new SingleTon();
     }
     return uniqueInstance;
 }
複製程式碼

當你正在得意單例模式愉快地搞定了的時候，殊不知程式碼有個致命的隱患：多執行緒。假如專案中不會用到多執行緒，那麼上面的程式碼已經夠用了。但如果專案中會用到多執行緒，比如專案中有2個執行緒，執行緒A執行到getInstance()方法中的if (uniqueInstance == null)了，這時CPU去執行執行緒B，而執行緒B恰巧也執行到getInstance()方法中的if (uniqueInstance == null)了，此時uniqueInstance 還沒有被初始化，所以執行緒A和執行緒B都會去初始化類，導致單例失效，存在多個例項，解決方法就是加同步鎖：synchronized。下面給出幾種不同的實現方式：

1、如果對效能要求不高，可以直接簡單粗暴地加到getInstance()前面：

    private static SingleTon uniqueInstance;
    private SingleTon() {
    }
    public static synchronized SingleTon getInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new SingleTon();
        }
        return uniqueInstance;
    }
複製程式碼

如果將getInstance()執行在頻繁執行的地方，上面的單例會讓執行效率大大下降，接著看下面的方式。

2、餓漢式單例：

 //在靜態初始化器中建立例項
 private static SingleTon uniqueInstance = new SingleTon();
 private SingleTon() {
 }
 public static SingleTon getInstance() {
     //已經有了例項，直接使用
     return uniqueInstance;
 }
複製程式碼

在靜態初始化器中建立單例，這樣就保證了執行緒安全，在JVM載入這個類時馬上建立了唯一的例項，這樣就保證了任何執行緒訪問uniqueInstance靜態變數之前，一定先建立了此例項。餓漢式單例優點是不用使用同步鎖，保證了執行緒安全；缺點也很明顯，類載入時就初始化了例項，假如getInstance()沒有使用，浪費了記憶體。

3、懶漢式單例(雙重加鎖式)：

 private volatile static SingleTon uniqueInstance;
 private SingleTon() {
 }
 public static SingleTon getInstance() {
     //檢查例項，如果不存在就進入同步區
     if (uniqueInstance == null) {
          //只有第一次才會執行同步鎖塊
         synchronized (SingleTon.class) {
             //進入同步塊內，例項仍是null的時候才去建立例項
             if (uniqueInstance == null) {
                 uniqueInstance = new SingleTon();
             }
         }
     }
     return uniqueInstance;
 }
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**volatile關鍵字：**保證資料的可見性，即當一個共享變數被volatile修飾時，它會保證修改的值會立即被更新到主存，當有其他執行緒需要讀取時，它會去記憶體中讀取最新的值。也就是說兩個執行緒同時操作一個變數，那麼一個執行緒A對這個變數的寫操作一定先行發生於另一個執行緒B對這個變數的讀操作。所以當uniqueInstance變數被初始化成SingleTon例項時，volatile能保證多個執行緒正確的處理uniqueInstance變數。 雙重加鎖式保證了只有第一次呼叫時才會執行同步鎖塊，後面再呼叫就不會執行同步鎖塊了，相比於1中的方式，效能大大提升。

(2017.08.06更新) 4、靜態內部類：

public class InnerSingleTon {

    private InnerSingleTon() {
    }

    public static InnerSingleTon getInstance() {
        return InnerSingle.instance;
    }

    private static class InnerSingle {
        private static InnerSingleTon instance = new InnerSingleTon();
    }

}
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由於靜態內部類只載入一次，所以這種方式是執行緒安全的！

針對不同情況，可以選擇上面的一種來實現單例模式！

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