本文循序渐进介绍单例模式的几种实现方式,以及Jdk中使用到单例模式的例子,以及sring框架中使用到的单例模式例子。

饿汉式

package signgleton;/** * 单例模式简单的实现 */public class Singleton {    private static Singleton instance = new Singleton();    private Singleton() {    }    public static Singleton getInstance() {        return instance;    }}

”饿汉式“只是形象的比喻,因为他想要这个实例的时候,不需要等待,别废话,给哥拿来。通过static的初始化方式,借助类第一次被加载时,就把Singleton实例给创建出来了,并存储在JVM的方法区,属于类变量,被所有的实例共享。不同的线程调用都返回一个实例,所以这样也保证了线程安全。

它还有个孪生兄弟,静态代码块来实例化:

package signgleton;/** * 通过静态代码块创建实例对象 */public class StaticSignleton {    private static StaticSignleton instance;    /**     * 静态代码块创建实例     */    static {       instance = new StaticSignleton();    }        private StaticSignleton() {    }    public static StaticSignleton getInstance() {        return instance;    }}

科普一下类初始化顺序:

  • 静态变量、静态代码块初始化
  • 构造函数
  • 自定义构造函数

饿汉式缺点:因为在类被加载的时候对象就会被实例化,这可能会造成不必要的消耗,如果你的程序不在乎这点消耗那就当我没说。

下面介绍两种方式解决上面的问题:第一是使用静态内部类,第二是使用懒汉式

静态内部类

package signgleton;/** * 使用静态内部类获取单例实例 */public class StaticInnerClassSingleton {        private static class InnerSingletonClass{        private static final StaticInnerClassSingleton innerInstance = new StaticInnerClassSingleton();            }    private StaticInnerClassSingleton() {            }    public static final StaticInnerClassSingleton getStaticInstance() {        return InnerSingletonClass.innerInstance;    }}

静态内部类同样借助了JVM这个大佬来保证线程安全,只是他在类加载的时候并没有立即实例化对象,而是采用了延迟加载策略,只有调用getStaticInstance的时候才用内部类去创建实例

线程不安全的懒汉式

package signgleton;/** * 线程不安全的懒汉式 */public class UnsafeSingleton {        private static UnsafeSingleton unsafeSingleton;    private UnsafeSingleton() {            }    public static UnsafeSingleton getUnsafeSingleton() {        if (unsafeSingleton == null) {            unsafeSingleton = new UnsafeSingleton();        }        return unsafeSingleton;    }    }

虽然这样写达到了使用的时候才实例化的目的,但是也带来的线程安全问题。在多线程下,可能有两个以上的线程同时进入if(unsafeInstance == null),这样会发生一些奇怪不定的结果。

线程安全的懒汉式

package signgleton;/** * 线程安全的懒汉式 */public class SafeSingleton {    private static SafeSingleton safeSingleton;    private SafeSingleton() {    }    public static synchronized SafeSingleton getSafeSingleton() {        if (safeSingleton == null) {            safeSingleton = new SafeSingleton();        }        return safeSingleton;    }}

这种方式在方法上加synchronized同步关键字解决了饿汉式线程安全问题,但是因为每次调用都加锁,极大地降低了性能,因为只有第一次创建实例时需要加锁,弄成现在每次都加锁。有没有解决办法呢,当然有,前辈们都是很聪明的,想出了双重校验锁这个经典的例子.

双重校验锁

package signgleton;/** * 线程不安全双重校验锁 */public class UnSafeTwoCheckSingleton {    private static UnSafeTwoCheckSingleton singleton;    private UnSafeTwoCheckSingleton() {            }    public static UnSafeTwoCheckSingleton getSingleton() {        if (singleton == null) {            synchronized (UnSafeTwoCheckSingleton.class) {                if (singleton == null) {                    singleton = new UnSafeTwoCheckSingleton();                }            }        }        return singleton;    }}

双重校验锁的形式主要是缩小了锁的范围,但是熟悉多线程编程的同学就可以看得出来,即使这样做还是有线程安全问题,这里存在一个多个线程共享变量的可见性问题(这部分我不太懂原理),解决方案就是使用volatile

使用volatile优化

package signgleton;/** * 线程安全双重校验锁 */public class SafeTwoCheckSingleton {    private static volatile SafeTwoCheckSingleton singleton;    private SafeTwoCheckSingleton() {            }    public static SafeTwoCheckSingleton getSingleton() {        if (singleton == null) {            synchronized (SafeTwoCheckSingleton.class) {                if (singleton == null) {                    singleton = new SafeTwoCheckSingleton();                }            }        }        return singleton;    }}

你以为这样就安全了吗,就想下班了吗?还没完,序列化这个恶棍会破坏单例,防范序列化这个恶棍破坏单例,可以在类中定义我们获取实例的策略,既加readResolve。

防范序列化破坏单例

package signgleton;import java.io.Serializable;/** * 线程安全双重校验锁 */public class SafeTwoCheckSingleton implements Serializable{    private static volatile SafeTwoCheckSingleton singleton;    private SafeTwoCheckSingleton() {    }    public static SafeTwoCheckSingleton getSingleton() {        if (singleton == null) {            synchronized (SafeTwoCheckSingleton.class) {                if (singleton == null) {                    singleton = new SafeTwoCheckSingleton();                }            }        }        return singleton;    }        private Object readResolve() {        return singleton;    }}

单例模式案例

这么多的实现方式,你会问,有什么用?用处可大了,下面讲两个使用实例,一个jdk的Runtime, 一个是Spring框架中的单例模式。

Runtime:是一个封装了JVM进程的类,每一个JAVA程序实际上都是JVM的一个进程,每一个进程都是对应这么一个Runtime实例。
源码如下:

public class Runtime {        private static Runtime currentRuntime = new Runtime();        public static Runtime getRuntime() {            return currentRuntime;        }        private Runtime() {}    }

这里使用了饿汉式单例模式。

下面我们来看看看spring 中的单例模式,spring中使用的是单例注册表的特殊方式实现的单例模式,所以说模式是死的,需要灵活得运用。

看看单例注册表的实现原理demo:

package signgleton;import java.util.Map;import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/** * 单例注册表demo */public class SingletonRegTest {    private final static Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String,Object>();    /**     * 类加载时初始化一个实例     */    static {        SingletonRegTest singletonRegTest = new SingletonRegTest();        singletonObjects.put(singletonRegTest.getClass().getName(), singletonRegTest);    }    public static SingletonRegTest getInstance(String name) {        if (name == null) {            // 默认分配一个实例            name = "signgleton.SingletonRegTest";        }        if (singletonObjects.get(name) == null) {            try {                // 将默认实例放入缓存中                singletonObjects.put(name, Class.forName(name).newInstance());            } catch (Exception ex) {                ex.printStackTrace();            }        }        return (SingletonRegTest) singletonObjects.get(name);    }}

再来看看spring 源码:

public abstract class AbstractBeanFactory extends FactoryBeanRegistrySupport implements ConfigurableBeanFactory {    @SuppressWarnings("unchecked")    protected <T> T doGetBean(            final String name, final Class<T> requiredType, final Object[] args, boolean typeCheckOnly)            throws BeansException {        final String beanName = transformedBeanName(name);        Object bean;        // 从单例注册表中检查是否存在单例缓存        Object sharedInstance = getSingleton(beanName);        if (sharedInstance != null && args == null) {            ...            // 返回缓存实例            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);        }        else {            ...            try {                 ...                // 如果是单例模式                if (mbd.isSingleton()) {                    sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {                        @Override                        public Object getObject() throws BeansException {                            try {                                return createBean(beanName, mbd, args);                            }                            catch (BeansException ex) {                                ...                            }                        }                    });                    bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);                }                // 如果是原型模式                else if (mbd.isPrototype()) {                    ...                }                // 其他模式                else {                    ...                }            }            catch (BeansException ex) {               ...            }        }        return (T) bean;    }}

我们进入 getSingleton()方法:

import java.util.Map;public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {    // 通过 ConcurrentHashMap 实现单例注册表    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(64);    public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {        Assert.notNull(beanName, "'beanName' must not be null");        synchronized (this.singletonObjects) {            // 检查缓存中是否存在实例              Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);            if (singletonObject == null) {                ...                try {                    singletonObject = singletonFactory.getObject();                }                catch (BeanCreationException ex) {                    ...                }                finally {                   ...                }                // 如果实例对象在不存在,我们注册到单例注册表中。                addSingleton(beanName, singletonObject);            }            return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);        }    }    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {        synchronized (this.singletonObjects) {            this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));        }    }}

是不是和我们的单例注册表demo很相似。
单例模式的讲解后面随着学习到其他框架再做相应的补充,也欢迎大家献言献策。