设计模式寻根究底 - 单例模式(Singleton)
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概述
单例模式是一个既简单又复杂的模式。简单在它想实现的目标十分容易理解,而又复杂在要写出线程安全的单例模式不是那么容易。单例模式的核心定义是:确保某个类只有一个实例,并提供一个访问该实例的全局访问点(Ensure a class has only instance, and provide a global point of access to it)。
单例模式的实现
单例模式的实现分为急切的(Eager)和延迟的(Lazy),线程安全(Thread-Safe)和非线程安全(Non-Thread-Safe)几种。下面就Java 对单例模式的实现进行介绍。
Eager 模式实现
Eager 模式的实现通常在静态的单例字段声明时(或单例类的构造函数)就创建该单例的对象。这样在单例类被Java 虚拟机加载时,就能够实例化该单例。
基于静态域的Eager 模式
public class StaticSingleton implements Serializable { private static StaticSingleton INSTANCE = new StaticSingleton(); private StaticSingleton() {} public static StaticSingleton getInstance() { return INSTANCE; } /** * 解决反序列化出现多个实例的问题 * @return */ private Object readResolve() { return INSTANCE; }}
将初始化放到静态块中实现
public class Singleton { private Singleton instance = null; static { instance = new Singleton(); } private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return this.instance; } }
基Java Enum 实现的Eager 模式
Java 枚举模式实现的单例是被推崇的,因为其具有:
- 绝对的线程安全的,由Java 虚拟机保证
- 不会因为反序列化产生对个实例,Enum 在底层实现了readResolve() 方法
- 由于Enum 类型在Java 底层是由abstract 修饰的类,因此没法被实例化,能够防止反射攻击。因为反射机制可以调用私有的构造器构造对象
public enum EnumSingleton { INSTANCE; private Object singleton; public void print(String name) { System.out.println("Hello : " + name); } public Object build() { singleton = new Object(); return singleton; }}class Client { public static void main(String[] args) { EnumSingleton.INSTANCE.print("hello"); Object object = EnumSingleton.INSTANCE.build(); }}
Lazy 模式实现
Eager 模式的实现可以避免线程的问题,但是当单例对象需要加载的系统资源很多时,会导致系统在启动时很慢。因此,需要一种方式在使用该对象时构造。也就是单例实现的Lazy 模式。
非线程安全的Lazy 模式
采用延迟实例化的方式,能够将单例对象的构造延迟到第一次调用时。很显然,该方式是非线程安全(Non-Thread-Safe)的。
public class Singleton { private static Singleton singleton = null; private Singleton() {} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { // can be interrupted to other thread singleton = new Singleton(); } return singleton; } }
线程安全的Lazy 模式
在方法上加锁,能够保证该单例模式在多线程环境下的安全性,但是性能将严重受到影响。因为单例对象一旦创建就不需要同步读取获得对象上的互斥锁。
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
基于静态内部类的方式
内部静态类SingletonHolder 不会在Singleton 类被装载时就被实例化,需要在getInstance() 显示地被调用时才会被加载。因此,也可以实现Lazy 加载。
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }
基于DCL 的Lazy 模式
DCL(Double Checked Locking)配合volatile 的使用进行双重检查,能够满足线程安全和延迟加载。
/** Lazy load thread safe * Created by zhaoyu on 16-8-31. */public class DoubleCheckedLockingSingleton { private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE; private DoubleCheckedLockingSingleton() {} public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { synchronized (DoubleCheckedLockingSingleton.class) { if (INSTANCE == null) { INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton(); } } } return INSTANCE; }}
单例模式的使用场景
- 项目中共享的访问点或共享的数据,如系统的配置信息
- 创建一个系统消耗过多资源的对象,例如访问IO和数据库等资源
- Web 中采用单例模式保持计数器的值,并确保是线程安全的
- 生成唯一的序列ID 的场景
总结
单例模式(Singleton Pattern)作为被广泛使用的一个模式,不仅能够减少系统的内存开销和提高系统的性能,还能够避免对系统资源的过多占用。在使用单例模式时一定要考虑是否在多线程环境下使用。目前,基于Enum 的实现是现在推荐的单例实现方式。总之,单例模式的使用需要在实际环境中根据需求选择合适的实现方式。
参考引用
- 单例模式
- 设计模式-单例模式-TRAMP_ZZY
- 设计模式寻根究底 - 单例模式(Singleton)
- 设计模式---单例模式(singleton)
- 设计模式--单例模式(Singleton)
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- 设计模式-单例模式(Singleton)
- 【设计模式】-单例模式(Singleton)
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