设计模式之单例模式

来源：互联网发布：门徒知乎编辑：程序博客网时间：2024/06/03 23:04

定义

单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例

优缺点

优点

一、实例控制

单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。

二、灵活

因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。

缺点

一、开销

虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。

二、可能的开发混淆

使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。

三、对象生存期

不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于.NET Framework的语言），只有单例类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致单例类中出现悬浮引用。

8种写法及比较

1、饿汉式（静态常量代码块）[可用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();    private Singleton(){}    public static Singleton getInstance(){        return INSTANCE;    }}

优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

2、饿汉式（静态代码块）[可用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private static Singleton instance;    static {        instance = new Singleton();    }    private Singleton() {}    public Singleton getInstance() {        return instance;    }}

这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。

3、懒汉式(线程不安全)[不可用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private static Singleton singleton;    private Singleton() {}    public static Singleton getInstance() {        if (singleton == null) {            singleton = new Singleton();        }        return singleton;    }}

这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

4、懒汉式(线程安全，同步方法)[不推荐用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private static Singleton singleton;    private Singleton() {}    public static synchronized Singleton getInstance() {        if (singleton == null) {            singleton = new Singleton();        }        return singleton;    }}

解决上面第三种实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。

缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低要改进。

5、懒汉式(线程安全，同步代码块)[不可用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private static Singleton singleton;    private Singleton() {}    public static Singleton getInstance() {        if (singleton == null) {            synchronized (Singleton.class) {                singleton = new Singleton();            }        }        return singleton;    }}

由于第四种实现方式同步效率太低，所以摒弃同步方法，改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。

6、双重检查[推荐用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private static volatile Singleton singleton;    private Singleton() {}    public static Singleton getInstance() {        if (singleton == null) {            synchronized (Singleton.class) {                if (singleton == null) {                    singleton = new Singleton();                }            }        }        return singleton;    }}

Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象。

优点：线程安全；延迟加载；效率较高。

7、静态内部类[推荐用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public class Singleton {    private Singleton() {}    private static class SingletonInstance {        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();    }    public static Singleton getInstance() {        return SingletonInstance.INSTANCE;    }}

这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。

类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。

8、枚举[推荐用]

/** * Created by hxp on 2016/11/25. */public enum Singleton {    INSTANCE;    public void whateverMethod() {    }}

借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。可能是因为枚举在JDK1.5中才添加，所以在实际项目开发中，很少见人这么写过。

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