单例模式五种实现

Jrain 发布于2019-08-16 10:39 / 1145人阅读

摘要：前言文章介绍了单例模式五种实现的方式，分别是懒汉，饿汉，静态内部类，双重检验锁以及枚举实现方式，并主要关心加载时机以及线程安全。

前言

文章介绍了单例模式五种实现的方式，分别是懒汉，饿汉，静态内部类，双重检验锁以及枚举实现方式，并主要关心加载时机以及线程安全。首先，通俗点讲，饿汉就是这个类还没被使用到的时候，实例已经创建好了；而懒汉是使用到的时候才创建对应的实例。线程安全方面主要考虑实例化时候是否确保一个实例，对于单例类中其他方法的线程安全不予考虑。

懒汉模式

先来一个最直观的代码：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        //如果还没有被实例化过，就实例化一个，然后返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这段代码里，我们没有考虑线程安全，所以可能就会产生多个实例，但是这个例子能很好的表达单例模式的思想，就是保持只有一个实例，先理解了基础，我们再一步步发展。

所以线程安全的事情还是得解决啊~于是有了以下的代码：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果还没有被实例化过，就实例化一个，然后返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这段代码只加了一个关键字synchronized用于确保getInstance方法线程安全，但是这种方式问题很大啊，毕竟所有的线程到了这个方法全得排队等着，对性能的损耗非常大，不过没关系，我们这里着重先解决掉线程安全的问题，接下来会有办法解决这个效率低下的问题（如果你着急那就直接去看双重校验锁吧...）

懒汉模式将实例化的时机放到了需要使用的时候（饿汉是类加载了就有实例），也就是“延迟加载”，相比饿汉，能避免了在加载的时候实例化有可能用不到的实例，但是问题也很明显，我们要花精力去解决线程安全的问题。

饿汉模式

饿汉模式相比懒汉模式，在类加载的时候就已经存在一个实例，举个例子，比如数据库连接吧，懒汉就是第一次访问数据库的时候我才去创建一个连接，而饿汉呢，是你程序启动了，类加载好了的时候，我已经有个连接了，你用不用不一定了，所以饿汉的缺点也就出来了：可能会产生很多无用的实例。

public class Singleton {
    //类加载的时候instance就已经指向了一个实例
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}

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

那么加载时机的问题我们已经说过了，接下来就是线程安全了，代码里我们并没有看见synchronized关键字，那么这种方式是如何确保线程安全的呢，这个就是JVM类加载的特性了，JVM在加载类的时候，是单线程的，所以可以保证只存在单一的实例。

双重校验锁

首先要说明的是，双重检验锁也是一种延迟加载，并且较好的解决了在确保线程安全的时候效率低下的问题。

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

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

对比一下最原始的那种线程安全的方法（就是懒汉模式的第二种代码），那种方法将整个getInstance方法锁住，那么每次调用那个方法都要获得锁，释放锁，等待等等...而双重校验锁锁住了部分的代码。进入方法如果检查为空才进入同步代码块，这样很明显效率高了很多。
有人疑问为什么instance==null要判断两次吗，那我们先去掉第二次的判断。
如果两个线程一起调用getInstance方法，并且都通过了第一次的判断instance==null，那么第一个线程获取了锁，然后实例化了instance，然后释放了锁，然后第二个线程得到了线程，然后马上也实例化了instance，这就尴尬了。单例模式就失败了。
所以加上第二次判断后，先进来的线程判断了一下，哦，为空，我创建一个，然后创建一个实例之后释放了锁，第二个线程进来之后，哎？已经有了，那我就不用创建了，然后释放了锁，开开心心的完成了单例模式。

静态内部类

懒汉模式需要考虑线程安全，所以我们多写了好多的代码，饿汉模式利用了类加载的特性为我们省去了线程安全的考虑，那么，既能享受类加载确保线程安全带来的便利，又能延迟加载的方式，就是静态内部类。Java静态内部类的特性是，加载的时候不会加载内部静态类，使用的时候才会进行加载。而使用到的时候类加载又是线程安全的，这就完美的达到了我们的预期效果~

public class Singleton {

    private static class SingletonHolder{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

枚举

JDK1.5提供了一个新的数据类型，枚举。枚举的出现提供了一个较为优雅的方式取代以前大量的static final类型的变量。而这里，我们也利用枚举的特性，实现了单例模式，这种思路是《Effective Java》中第三条最后一段给出的实现方式，有兴趣的可以看看这本书~
代码简单到无法理解：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

外部调用由原来的Singleton.getInstance变成了Singleton.INSTANCE了。

这里要注意，原来的class已经换成了关键字enum，但是其实无所谓的，看下继承关系就能知道，其实还是一个class

而且我们可以查看Enum的源码：

这里能看到实现了Serializable接口，所以不用考虑序列化的问题（其实序列化反序列化也能导致单例失败的，但是我们这里不过多研究）。对于线程安全，同样的，加载的时候JVM能确保只加载一个实例。

总结

在单例模式各种设计的方法中，我们使用到了内部静态类的特性，使用了枚举的特性，所以基础非常重要，单例模式是设计模式之一，而设计模式其实是对语言特性不足的一面进一步的包装。吸纳基础，工作学习多加思考，设计模式也就自然而然的能够理解。
另外，好多帖子都说利用枚举的方式在团队合作中不常使用，因为需要配合，用了枚举别人不熟悉。这点我是不同意的，如果因为大家不懂不熟悉而放弃了使用很棒的特性，那么就永远抱着旧的方式停滞不前，JDK的更新也失去了意义。
还是希望能够不断的接触Java新鲜的想法，在深厚的基础上迸发不一样的思路，然后去解决实际的问题。

以上，如有不妥，还望指正。

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