Java设计模式学习笔记—单例模式（下）

前言

目前设计模式学习主要基于菜鸟教程的设计模式，后期不排除会追加从其他地方学来内容。

文章最后“Java设计模式笔记示例代码整合”为本系列代码整合，所有代码均为个人手打并运行测试，不定期更新。本节内容位于其Singleton包（package）中。

单例模式

上一节说的是一种简单的的单例模式示例。这一节主要是关于单例模式的几种实现方式。

1、懒汉式，线程不安全

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基础资料卡

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：否

实现难度：易

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。

这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

代码实例

SingletonOne.java

public class SingletonOne {
    private static SingletonOne instance;
    private SingletonOne(){}

    public static SingletonOne getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new SingletonOne();
        }
        return instance;
    }
}

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2、懒汉式，线程安全

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基础资料卡

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。

缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

代码实例

SingletonTow.java

public class SingletonTow {
    private static SingletonTow instance;
    private SingletonTow(){}

    public static synchronized SingletonTow getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonTow();
        }
        return instance;
    }
}

3、饿汉式

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基础资料卡

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

优点：没有加锁，执行效率会提高。

缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

它基于 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

代码实例

SingletonThree.java

public class SingletonThree {
    private static SingletonThree instance = new SingletonThree();
    private SingletonThree(){}

    public static SingletonThree getInstance(){
        return instance;
    }
}

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

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基础资料卡

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：较复杂

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance() 的性能对应用程序很关键。

代码实例

SingletonFour.java

public class SingletonFour {
    private volatile static SingletonFour singleton;
    private SingletonFour(){}

    public static SingletonFour getSingleton(){
        if(singleton == null){
            synchronized(SingletonFour.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new SingletonFour();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

5、登记式/静态内部类

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是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：一般

描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 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，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 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 3 种方式就显得很合理。

代码实例

SingletonFive.java

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

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

6、枚举

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JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

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，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。

不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

代码实例

SingletonSix.java

public enum SingletonSix {
    INSTANCE;
    public  void whateverMethod(){

    }
}

题外音

• 一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。
• 只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。
• 如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。
• 如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

待深入点

volatile关键字