关于单例模式:设计模式之单例模式

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简略的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创立型模式，它提供了一种创建对象的最佳形式。

这种模式波及到一个繁多的类，该类负责创立本人的对象，同时确保只有单个对象被创立。这个类提供了一种拜访其惟一的对象的形式，能够间接拜访，不须要实例化该类的对象。‘’

留神：

• 1、单例类只能有一个实例。
• 2、单例类必须本人创立本人的惟一实例。
• 3、单例类必须给所有其余对象提供这一实例。

介绍

用意： 保障一个类仅有一个实例，并提供一个拜访它的全局拜访点。

次要解决： 一个全局应用的类频繁地创立与销毁。

何时应用： 当您想管制实例数目，节俭系统资源的时候。

如何解决： 判断零碎是否曾经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创立。

要害代码： 构造函数是公有的。

利用实例：

• 1、一个班级只有一个班主任。
• 2、Windows 是多过程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地呈现多个过程或线程同时操作一个文件的景象，所以所有文件的解决必须通过惟一的实例来进行。
• 3、一些设施管理器经常设计为单例模式，比方一个电脑有两台打印机，在输入的时候就要解决不能两台打印机打印同一个文件。

长处：

• 1、在内存里只有一个实例，缩小了内存的开销，尤其是频繁的创立和销毁实例（比方治理学院首页页面缓存）。
• 2、防止对资源的多重占用（比方写文件操作）。

毛病： 没有接口，不能继承，与繁多职责准则抵触，一个类应该只关怀外部逻辑，而不关怀里面怎么样来实例化。

应用场景：

• 1、要求生产惟一序列号。
• 2、WEB 中的计数器，不必每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 3、创立的一个对象须要耗费的资源过多，比方 I/O 与数据库的连贯等。

注意事项：getInstance() 办法中须要应用同步锁 synchronized (Singleton.class) 避免多线程同时进入造成 instance 被屡次实例化。

实现

咱们将创立一个 SingleObject 类。_SingleObject_ 类有它的公有构造函数和自身的一个动态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的动态实例。_SingletonPatternDemo_ 类应用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

步骤 1

创立一个 Singleton 类。

SingleObject.java

public class SingleObject {
 
   // 创立 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   // 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   // 获取惟一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){return instance;}
 
   public void showMessage(){System.out.println("Hello World!");
   }
}

步骤 2

从 singleton 类获取惟一的对象。

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo {public static void main(String[] args) {
 
      // 不非法的构造函数
      // 编译时谬误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
      //SingleObject object = new SingleObject();
 
      // 获取惟一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      // 显示音讯
      object.showMessage();}
}

步骤 3

执行程序，输入后果：
Hello World!

单例模式的几种实现形式

单例模式的实现有多种形式，如下所示：

1、懒汉式，线程不平安

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程平安： 否

实现难度： 易

形容： 这种形式是最根本的实现形式，这种实现最大的问题就是不反对多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种形式 lazy loading 很显著，不要求线程平安，在多线程不能失常工作。

实例

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

接下来介绍的几种实现形式都反对多线程，然而在性能上有所差别。

2、懒汉式，线程平安

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程平安： 是

实现难度： 易

形容： 这种形式具备很好的 lazy loading，可能在多线程中很好的工作，然而，效率很低，99% 状况下不须要同步。
长处：第一次调用才初始化，防止内存节约。
毛病：必须加锁 synchronized 能力保障单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很要害（该办法应用不太频繁）。

实例

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

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化： 否

是否多线程平安： 是

实现难度： 易

形容： 这种形式比拟罕用，但容易产生垃圾对象。
长处：没有加锁，执行效率会进步。
毛病：类加载时就初始化，节约内存。
它基于 classloader 机制防止了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，尽管导致类装载的起因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 办法，然而也不能确定有其余的形式（或者其余的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的成果。

实例

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

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

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程平安： 是

实现难度： 较简单

形容： 这种形式采纳双锁机制，平安且在多线程状况下能放弃高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很要害。

实例

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

5、注销式 / 动态外部类

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程平安： 是

实现难度： 个别

形容： 这种形式能达到双检锁形式一样的效用，但实现更简略。对动态域应用提早初始化，应应用这种形式而不是双检锁形式。这种形式只实用于动态域的状况，双检锁形式可在实例域须要提早初始化时应用。
这种形式同样利用了 classloader 机制来保障初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种形式不同的是：第 3 种形式只有 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 成果），而这种形式是 Singleton 类被装载了，instance 不肯定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被被动应用，只有通过显式调用 getInstance 办法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。设想一下，如果实例化 instance 很耗费资源，所以想让它提早加载，另外一方面，又不心愿在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其余的中央被被动应用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不适合的。这个时候，这种形式相比第 3 种形式就显得很正当。

实例

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}  
}

6、枚举

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化： 否

是否多线程平安： 是

实现难度： 易

形容： 这种实现形式还没有被宽泛采纳，但这是实现单例模式的最佳办法。它更简洁，主动反对序列化机制，相对避免屡次实例化。
这种形式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的形式，它不仅能防止多线程同步问题，而且还主动反对序列化机制，避免反序列化从新创立新的对象，相对避免屡次实例化。不过，因为 JDK1.5 之后才退出 enum 个性，用这种形式写未免让人感觉陌生，在理论工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用公有构造方法。

实例

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {}  
}

总结

个别状况下，不倡议应用第 1 种和第 2 种懒汉形式，倡议应用第 3 种饿汉形式。只有在要明确实现 lazy loading 成果时，才会应用第 5 种注销形式。如果波及到反序列化创建对象时，能够尝试应用第 6 种枚举形式。如果有其余非凡的需要，能够思考应用第 4 种双检锁形式。