java：23种设计模式之单例模式

java：23种设计模式之单例模式

java：23种设计模式之单例模式

一、单例（Singleton）模式的要求
1.在调用getInstance()方法时返回一个且唯一的Singleton对象；
2.能够在多线程使用时也能保证获取的Singleton对象唯一；
3.getInstance()方法的性能要保证；
4.能在需要的时候才初始化，否则不用初始化。

二、单例（Singleton）模式的实现（一）----饿汉式
下述为饿汉式的写法，满足了上边说的第1，2条要求。该模式有几点要注意：
1.默认构造方法需要私有化，不然外部可以随时的构造方法，这样就没法保证单例了。
2.SingletonHungry 类型的静态变量mInstance也是私有化的。这样外部就不能直接获取到mInstance，并且正是由于mInstance是静态变量并且声明时就初始化了，我们知道根据java虚拟机和ClassLoader的特性，一个类在一个ClassLoader中只会被加载一次。并且这里的mInstance在加载时就已经初始化了，这可以确定对象的唯一性。也就是说保证了在多线程并发情况下获取到的对象是唯一的。
当然这种方式肯定也是有缺点的，就是不能满足上边要求中的第三点，例如某类实例需求依赖在运行时的参数来生成，那么由于饿汉式在类加载时就已经初始化了，所以无法满足懒加载。
  /**
     * 基于ClassLoader的机制，在同一classLoader下，该方式可以解决多线程同步的问题，但是这种单例模式没有办法实现懒加载
     */
  public class SingletonHungry {
  /**
   * 在ClassLoader加载该类时，就会初始化mInstance
     */
  private static SingletonHungry mInstance = new SingletonHungry();

  private SingletonHungry() {
  }

  public static SingletonHungry getInstance() {
  return mInstance;
  }
  }

二、单例（Singleton）模式的实现（二）----懒汉式（非线程安全）
下述为懒汉式（非线程安全）的写法，可以看出确实是在调用getInstanceUnLocked()方法时，才会初始化实例，实现了懒加载。分析下在能否满足在多线程下正常工作：我们在这里先分析一下假设有两个线程ThreadA和ThreadB：
ThreadA首先执行到line1，这时mInstance为null，ThreadA将接着执行new SingletonLazy();在这个过程中如果mInstance已经分配了内存地址，但是还没有完成初始化工作（问题就出在这儿，稍后分析），如果ThreadB执行了line1，因为mInstance已经指向了某一内存，所以将跳过new SingletonLazy()直接得到mInstance，但是此时mInstance还没有完成初始化，那么问题就出现了。造成这个问题的原因就是new SingletonLazy()这个操作不是原子操作。至少可以分解成以下上个原子操作：
1.分配内存空间
2.初始化对象
3.将对象指向分配好的地址空间（执行完之后就不再是null了）
其中第2，3步在一些编译器中为了优化单线程中的执行性能是可以重排的。重排之后就是这样的：
1.分配内存空间
2.将对象指向分配好的地址空间（执行完之后就不再是null了）
3.初始化对象
重排之后就有可能出现上边分析的情况。
/**
* 只有在getInstance（）时才会初始化mInstance
*/
public class SingletonLazy {
private static SingletonLazy mInstance;

private SingletonLazy() {

}

   public static SingletonLazy getInstanceUnLocked() {
if (mInstance == null) {//line1
mInstance = new SingletonLazy();//line2
}
return mInstance;
}
}

二、单例（Singleton）模式的实现（三）----懒汉式（线程安全）
下述为懒汉式（线程安全）的写法，和线程不安全的懒加载方式就是多了一个synchronized关键字，保证了线程安全，但是这又带来了另外一个问题，性能问题。如果，有多个线程会频繁调用getInstanceLocked()方法的话，可能会造成很大的性能损失。当然如果没有多线程频繁调用的话，就不存在多少性能损失了。
  /**
     * 只有在getInstance（）时才会初始化mInstance
     */
  public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy mInstance;

    private SingletonLazy() {
    }

  /**
   * 方法名多了Locked表示是线程安全的，没有其他意义
   */
    public synchronized static SingletonLazy getInstanceLocked() {
    if (mInstance == null) {
    mInstance = new SingletonLazy();
    }
    return mInstance;
    }
  }

二、单例（Singleton）模式的实现（四）----双重检查锁定（简称DCL）
下述为双重检查锁定的写法，这个方法也是有问题的，而这个问题和上边介绍过的重排问题一样。
还是举ThreadA和ThreadB的例子：当Thread经过第一次检查对象为null时，会接着去加锁，然后去执行new SingletonLazy()，上边已经分析过了，改步骤存在重排现象，如果发生重排，即mInstance分配了内存地址，但是很没有完成初始化工作，而此时ThreadB,刚好执行第一次检查（没有加锁），mInstance已经分配了地址空间，不再为null，那么ThreadB会获取到没有完成初始化的mInstance，这就出现了问题。当然方法还是有的，那就是volatile关键字（用法自己查吧）。在JDK1.5之后使用volatile关键字，将禁止上文中的三步操作重排，既然不会重排，也就不会出现问题了。
  /**
   * 双重检查锁定DCL
   */
  public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy mInstance;

    private SingletonLazy() {
    }

    public static SingletonLazy getInstance() {
    if (mInstance == null) {//第一次检查
      synchronized (SingletonLazy.class) {//加锁
      if (mInstance == null) {//第二次次检查
      mInstance = new SingletonLazy();//new 一个对象
    }
    }
    }
    return mInstance;
    }
  }

  /**
   * 双重检查锁定DCL （优化）
   * Created by chuck on 17/1/18. */
  public class SingletonLazy {
    private volatile static SingletonLazy mInstance;

    private SingletonLazy() {
    }

    public static SingletonLazy getInstance() {
    if (mInstance == null) {//第一次检查
    synchronized (SingletonLazy.class) {//加锁
    if (mInstance == null) {//第二次次检查
    mInstance = new SingletonLazy();//new 一个对象
      }
      }
    }
    return mInstance;
    }
  }

二、单例（Singleton）模式的实现（五）----静态内部类
下述为静态内部类的写法，这是一个很聪明的方式，结合了结合了饿汉式和懒汉式的优点，并且也不影响性能。因为我们在单例类SingletonInner类中，实现了一个static的内部类SingletonInnerHolder，该类中定义了一个static的SingletonInner类型的变量mInstance，并且会在classLoader第一次加载SingletonInnerHolder这个类时进行初始化。这样做的好处是在classLoader在加载单例类SingletonInner时不会初始化mInstance。只有在第一次调用SingletonInner的getInstance()方法时，classLoader才会去加载SingletonInnerHolder，并初始化mInstance，并且由于ClassLoader的机制，一个ClassLoader同一个类，只加载一次，那么不管多少线程，得到的也是同一个类，保证了并发下是该方式是可用的。其缺点也是有的，有些语言不支持这种语法。
  /**
   * 静态内部类方式实际上是结合了饿汉式和懒汉式的优点的一种方式
   */
  public class SingletonInner {
    private SingletonInner() {
    }

    /**
    * 在调用getInstance()方法时才会去初始化mInstance，实现了懒加载
      */
    public static SingletonInner getInstance() {
      return SingletonInnerHolder.mInstance;
      }

    /**
      * 静态内部类。因为一个ClassLoader下同一个类只会加载一次，保证了并发时不会得到不同的对象
    */
      public static class SingletonInnerHolder {
    public static SingletonInner mInstance = new SingletonInner();
    }
  }

二、单例（Singleton）模式的实现（六）----枚举
下述为枚举的写法，不仅能避免多线程并发同步的问题，而且还天生支持序列化，可以防止在反序列化时创建新的对象。是一种比较推荐的方式，在java中需要在JDK1.5以上才支持enum。
获取资源的方式很简单，只要 SingletonEnum .SINGLETON_ENUM.getInstance() 即可获得所要实例。
  public enum SingletonEnum {
  SINGLETON_ENUM;

private Singleton singleton;
  private SingletonEnum() {
singleton= new Singleton ();
      }

public Singleton getInstance() {
return singleton;
}
  }

三、单例（Singleton）模式的总结
单例模式还有其他的实现方法，在上述介绍的各种方式中，没有哪一个是绝对最好的，需要结合各自的情况决定。例如一般不要求懒加载的话，可以使用写法一饿汉式，如果要求懒加载，如果明确需要懒加载的，再根据是否需要线程安全考虑选择写法二，三。如果单例类需要反序列化，那么可以使用写法六枚举。总之，需要结合自己的实际情况来看。最后，再来看看几个问题：
第一、多ClassLoder情况，如果是多个ClassLoder都加载了单例类，那么就会出现多个同名的对象，这违背了单例模式的原则。解决这个问题，就要保证只有一个ClassLoder加载单例类。
第二、单例类序列化问题，只要保证反序列化时，得到同一个对象就可以了，通过重写readResolve()方法可以实现。
  public class Singleton implements java.io.Serializable {
      ...
      private Object readResolve() {
     return mInstance;
  }
  }

java：23种设计模式之单例模式

相关推荐