Java 单例的五种写法

Java的单例想必不会陌生,今天来总结下单例的各种不同写法和他们的应用。

什么是单例

单例的目的是为了保证某个类只实例化一个对象。对于我们来说,理解这些单例写法的不同点,最好的方法是明白他们在什么情况下会失效。

也就是说,我们要找能"破坏单例"的情况,这样可以帮助我们知道在什么情况下用什么单例。

五种写法

· 经典 · 懒加载 · 双重检查锁定 · 静态内部类 · 枚举

经典

入门级的单例写法像下面这样,这种方式的弊端明显,对象在类被加载的时候就实例化,对于消耗资源的类型来说不适用这种方式,像文件系统/数据库。 同时如果在使用到反射来实例化对象的场景下,这种写法也是线程不安全的,它避免不了生成多个实例。

public class Singleton  {
    private static Singleton mInstance = new Singleton();

    private Singleton{}

    public static Singleton getIsntance() {
        return mInstacen;
    }
}
懒加载

下面这种更常见,可能80%的开发会写这样的单例代码,

public class Singleton  {
    private static Singleton mInstance = null;

    private Singleton{}

    public static Singleton getIsntance() {
      if(mInstacen == null){
        mInstacen = new Singleton();
      }
      return mInstacen;
    }
}

懒加载这种写法,在单线程情况下没问题,但是如果出现多线程的情况,那么单例就会失效。对于多线程的情况,很自然的我们会想直接给 getInstance()方法加个同步块就可以解决,但是在90%的情况下是不需要同步的,只有在第一次实例化的时候才需要。因此衍生了下面这种写法。

双重检查锁定
public class Singleton  {
    private static Singleton mInstance = null;
    private Singleton{}
    public static Singleton getIsntance() {
      if(mInstacen == null){
        synchronized(Singleton.class){
          if(mInstacen == null){
            mInstacen = new Singleton();
          }
        }
      }
      return mInstacen;
    }
}

在并发场景下,双重检查锁定既能避免多余的同步开销,也能避免不同线程重复实例化的问题。 然而想破坏单例也是可能的,如果你足够了解JVM的话,会发现上面的写法可能会导致实例化的时候机器码被重排序,导致第二个线程有机会获得null的实例,从而再次实例化。 对于这种问题,需要给变量mIntance增加 volatile 关键字。

private static volatile Singleton mInstance = null;

上面这种写法才能保证线程安全。一个使用了 volatile关键字的双重检查锁定才算是一个真正的DCL(double checked locking)

静态内部类

为了解决JVM内存模型带来的单例失效问题,Bill Pugh提出了用静态内部类实现单例的方式

public class Singleton  {
    private static Singleton mInstance = null;

    private Singleton{}

    private static class SingletonHolder {
      private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

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

这种写法的优势是,它既提供了懒加载的特性,又避免了使用同步块的开销。在Singleton类被加载的时候,内部静态类直到 getInstance()被调用前都不会加载,而静态类被加载后只会实例化一次单例。 如果要破坏这种单例,可以用反射的方法。其实很多框架中都会用反射,比如Spring,所以还是存在单例被破坏的情况。

枚举

先看枚举单例的demo代码

public enum Singleton  {
    INSTANCE;

    public static void foo() {
      //do whatever you want
    }
}

枚举单例其实是利用了Java的特性,在Java中,任何的枚举都只会被实例化一次,虽然这样保证了绝对的单例,但是失去了懒加载的特性。所以在部分需要考虑资源消耗而使用懒加载的场景下,就不适合用枚举单例了。

总结

单例的写法可以总结为以上五种,他们各有优缺点,而且除了枚举之外,其他的四种写法在使用反射的情况下都是可以被破坏的。 不仅反射,其实如果单例类实现了序列化接口的话,在序列化/反序列化场景下,也会破坏单例。 因此可以说,枚举是绝对安全的单例写法,骚是骚了些,但是这种写法比较陌生。

原文发布于微信公众号 - Android每日一讲(gh_f053f29083b9)

原文发表时间:2018-04-08

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