JAVA设计模式之单例模式

概念: java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。   单例模式有以下特点: 1、单例类只能有一个实例。 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。   单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。

一、懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己

public class Singleton {

private Singleton() {}

private static Singleton single=null;

//静态工厂方法

public static Singleton getInstance() {

if (single == null) {

single = new Singleton();

}

return single;

}

}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全,如果你第一次接触单例模式,对线程安全不是很了解,可以先跳过下面这三小条,去看饿汉式单例,等看完后面再回头考虑线程安全的问题:

1、在getInstance方法上加同步

public static synchronized Singleton getInstance() {

if (single == null) {

single = new Singleton();

}

return single;

}

2、双重检查锁定

public static Singleton getInstance() {

if (singleton == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (singleton == null) {

singleton = new Singleton();

}

}

}

return singleton;

}

3、静态内部类

public class Singleton {

private static class LazyHolder {

private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

}

private Singleton (){}

public static final Singleton getInstance() {

return LazyHolder.INSTANCE;

}

}

这种比上面1、2都好一些,既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响。

二、饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化

public class Singleton1 {

private Singleton1() {}

private static final Singleton1 single = new Singleton1();

//静态工厂方法

public static Singleton1 getInstance() {

return single;

}

}

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说,饿汉和懒汉,

饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,

而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。

另外从以下两点再区分以下这两种方式:

1、线程安全:

饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,

懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

2、资源加载和性能:

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,

而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。

至于1、2、3这三种实现又有些区别,

第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,

第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。

什么是线程安全?

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。

应用

以下是一个单例类使用的例子,以懒汉式为例,这里为了保证线程安全,使用了双重检查锁定的方式:

public class TestSingleton {

String name = null;

private TestSingleton() {

}

private static volatile TestSingleton instance = null;

public static TestSingleton getInstance() {

if (instance == null) {

synchronized (TestSingleton.class) {

if (instance == null) {

instance = new TestSingleton();

}

}

}

return instance;

}

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

public void printInfo() {

System.out.println("the name is " + name);

}

}

可以看到里面加了volatile关键字来声明单例对象,既然synchronized已经起到了多线程下原子性、有序性、可见性的作用,为什么还要加volatile呢,原因已经在下面评论中提到,

还有疑问可参考http://www.iteye.com/topic/652440 和http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

public class TMain {

public static void main(String[] args){

TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();

ts1.setName("jason");

TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();

ts2.setName("0539");

ts1.printInfo();

ts2.printInfo();

if(ts1 == ts2){

System.out.println("创建的是同一个实例");

}else{

System.out.println("创建的不是同一个实例");

}

}

}

运行结果:

博客:http://blog.csdn.net/jason0539

原文发布于微信公众号 - 国产程序员(Monday_lida)

原文发表时间:2018-06-21

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