常见的几种单例模式

单例模式:是一种常用的软件设计模式,在它的核心结构中值包含一个被称为单例的特殊类。一个类只有一个实例,即一个类只有一个对象实例。

  对于系统中的某些类来说,只有一个实例很重要,例如,一个系统中可以存在多个打印任务,但是只能有一个正在工作的任务;售票时,一共有100张票,可有有多个窗口同时售票,但需要保证不要超售(这里的票数余量就是单例,售票涉及到多线程)。如果不是用机制对窗口对象进行唯一化将弹出多个窗口,如果这些窗口显示的都是相同的内容,重复创建就会浪费资源。

应用场景(来源:《大话设计模式》):

    需求:在前端创建工具箱窗口,工具箱要么不出现,出现也只出现一个

    遇到问题:每次点击菜单都会重复创建“工具箱”窗口。

    解决方案一:使用if语句,在每次创建对象的时候首先进行判断是否为null,如果为null再创建对象。

    需求:如果在5个地方需要实例出工具箱窗体

    遇到问题:这个小bug需要改动5个地方,并且代码重复,代码利用率低

    解决方案二:利用单例模式,保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

  通过以下几种方式,我们会发现,所有的单例模式都是使用静态方法进行创建的,所以单例对象在内存中静态共享区中存储。(可参考:https://zhidao.baidu.com/question/2206072272164938188.html)

单例模式可以分为懒汉式和饿汉式

    懒汉式单例模式:在类加载时不初始化。

    饿汉式单例模式:在类加载时就完成了初始化,所以类加载比较慢,但获取对象的速度快。

第一种(懒汉,线程不安全):

public class SingletonDemo1 {    private static SingletonDemo1 instance;    private SingletonDemo1(){}    public static SingletonDemo1 getInstance(){        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo1();
        }        return instance;
    }
}

这种写法lazy loading很明显,但是致命的是在多线程不能正常工作。 

第二种(懒汉,线程安全):

public class SingletonDemo2 {    private static SingletonDemo2 instance;    private SingletonDemo2(){}    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo2();
        }        return instance;
    }
}

这种写法在getInstance()方法中加入了synchronized锁。能够在多线程中很好的工作,而且看起来它也具备很好的lazy loading,但是效率很低(因为锁),并且大多数情况下不需要同步。

第三种(饿汉):

public class SingletonDemo3 {
    private static SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();    private SingletonDemo3(){}    public static SingletonDemo3 getInstance(){        return instance;
    }
}

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

第四种(饿汉,变种):

public class SingletonDemo4 {    private static SingletonDemo4 instance = null;    static{
        instance = new SingletonDemo4();
    }    private SingletonDemo4(){}    public static SingletonDemo4 getInstance(){        return instance;
    }
}

表面上看起来差别挺大,其实更第三种方式差不多,都是在类初始化即实例化instance

第五种(静态内部类):

public class SingletonDemo5 {    private static class SingletonHolder{        private static final SingletonDemo5 instance = new SingletonDemo5();
    }    private SingletonDemo5(){}    public static final SingletonDemo5 getInsatance(){        return SingletonHolder.instance;
    }
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程,它跟第三种和第四种方式不同的是(很细微的差别):第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了,那么instance就会被实例化(没有达到lazy loading效果),而这种方式是Singleton类被装载了,instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用,只有显示通过调用getInstance方法时,才会显示装载SingletonHolder类,从而实例化instance。想象一下,如果实例化instance很消耗资源,我想让他延迟加载,另外一方面,我不希望在Singleton类加载时就实例化,因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第三和第四种方法就显得更合理。

第六种(枚举):

public enum SingletonDemo6 {
    instance;    public void whateverMethod(){
    }
}

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,它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,可谓是很坚强的壁垒啊,不过,个人认为由于1.5中才加入enum特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,我也很少看见有人这么写过。

第七种(双重校验锁):

public class SingletonDemo7 {    private volatile static SingletonDemo7 singletonDemo7;    private SingletonDemo7(){}    public static SingletonDemo7 getSingletonDemo7(){        if (singletonDemo7 == null) {            synchronized (SingletonDemo7.class) {                if (singletonDemo7 == null) {
                    singletonDemo7 = new SingletonDemo7();
                }
            }
        }        return singletonDemo7;
    }
}

这个是第二种方式的升级版,俗称双重检查锁定,详细介绍请查看:http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html

在JDK1.5之后,双重检查锁定才能够正常达到单例效果。

多线程时的单例,多线程的程序中,多个线程同时访问该单例,会有可能创建多个实例。这个时候就需要用“锁”将它锁起来。包括锁、死锁、锁之间的通信,关于多线程这部分待后续详解!

参考:http://cantellow.iteye.com/blog/838473

原文发布于微信公众号 - Spark学习技巧(bigdatatip)

原文发表时间:2018-06-15

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