設計模式 —— 單例模式

鐵鏽的秀發表於2019-02-18
設計模式單例

簡介

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。 這種模式涉及到一個單一的類，該類負責建立自己的物件，同時確保只有單個物件被建立。這個類提供了一種訪問其唯一的物件的方式，可以直接訪問，不需要例項化該類的物件。

  • 優點： 在記憶體裡只有一個例項，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的建立和銷燬例項（比如管理學院首頁頁面快取）。避免對資源的多重佔用（比如寫檔案操作）。

  • 缺點： 沒有介面，不能繼承，與單一職責原則衝突，一個類應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎麼樣來例項化。

注意

  1. 單例類只能有一個例項。
  2. 單例類必須自己建立自己的唯一例項。
  3. 單例類必須給所有其他物件提供這一例項。
  4. 如果單例由不同的類裝載器裝入，那便有可能存在多個單例類的例項。
  5. 如果Singleton實現了java.io.Serializable介面，那麼這個類的例項就可能被序列化和復原。

單例模式的幾種實現方式

1、懶漢，執行緒不安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 否
  • Lazy Loading： 是
  • 描述： 這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支援多執行緒。因為沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它並不算單例模式。

2、懶漢式，執行緒安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 是
  • 描述： 這種方式具備很好的 lazy loading，第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費，能夠在多執行緒中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。

3、餓漢式

public class Singleton {

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 否
  • 描述： 這種方式比較常用，但容易產生垃圾物件。沒有加鎖，執行效率會提高。類載入時就初始化，浪費記憶體。 它基於 classloader 機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance 在類裝載時就例項化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是呼叫 getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。

4、餓漢，變種

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 否
  • 描述： 與第三種方式差不多，都是在類初始化即例項化instance。

5、登記式/靜態內部類

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 是
  • 描述： 這種方式同樣利用了classloder的機制來保證初始化instance時只有一個執行緒，它跟第三種和第四種方式不同的是（很細微的差別）：第三種和第四種方式是隻要Singleton類被裝載了，那麼instance就會被例項化（沒有達到lazy loading效果），而這種方式是Singleton類被裝載了，instance不一定被初始化。因為SingletonHolder類沒有被主動使用，只有顯示通過呼叫getInstance方法時，才會顯示裝載SingletonHolder類，從而例項化instance。想象一下，如果例項化instance很消耗資源，我想讓他延遲載入，另外一方面，我不希望在Singleton類載入時就例項化，因為我不能確保Singleton類還可能在其他的地方被主動使用從而被載入，那麼這個時候例項化instance顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第三和第四種方式就顯得很合理。

6、列舉

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void whateverMethod() {
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 否
  • 描述： 這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多執行緒同步問題，而且還自動支援序列化機制，防止反序列化重新建立新的物件，絕對防止多次例項化。不過，由於 JDK1.5 之後才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少用。

7、雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
複製程式碼
  • 多執行緒安全： 是
  • Lazy Loading： 是
  • 描述： 這種方式採用雙鎖機制，安全且在多執行緒情況下能保持高效能。唯一缺點就是書寫麻煩。

總結

上面幾種實現中，第一種不算單例，第四種和第三種就是一種，如果算的話，第五種也可以分開寫了。所以說，一般單例都是五種寫法：懶漢，惡漢，雙重校驗鎖，列舉和靜態內部類。 對我來說，我比較喜歡第三種和第五種方式，簡單易懂。基本不會使用第一種和第二種方式，如果有其他特殊的需求，我可能會使用第七種方式。

相關文章