深入java单例模式

Aomine 发布于2019-08-16 10:40 / 2011人阅读

摘要：单例是应用开发中一种设计模式，主要应用场景为当且仅当系统中只能保留一个对象时使用。本文提出中可以在生产环境中使用的单例设计模式。在的一书中给出了三种单例设计模式采用静态变量这种写法使用了私有的构造方法。

单例是应用开发中一种设计模式，主要应用场景为：当且仅当系统中只能保留一个对象时使用。本文提出4中可以在生产环境中使用的单例设计模式。推荐使用enum的方式。

应用场景

例如一下应用场景[1]：
1、 Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？

2、网站的浏览人数统计，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。

3、应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

//todo
在joshua block 的《effective java second edition》一书中给出了三种单例设计模式

1、采用静态变量：

public class TaskManager {
        public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager ();
        private TaskManager (){}
        //...
}

这种写法使用了私有的构造方法。来保证只能有一个实例,但是这种方法也有例外情况，因为，你可以通过反射来调用私有构造方法。这个时候你可以抛出异常。以下代码仅作为参考。

public class TaskManager {
    public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {
        if (INSTANCE != null) {
            try {
                throw new Exception("An object already exists");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //...
}

2、采用静态方法

public class TaskManager {
    private static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {}

    public static TaskManager getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    //...
}

3、采用enum的方式

这种模式是目前最佳的，因为：
1、JVM会保证enum不能被反射并且构造器方法只执行一次。
2、此方法无偿提供了序列化机制，绝对防止反序列化时多次实例化。
3、运行时（compile-time ）创建对象（懒加载） // todo 关于cmpile-time和run-time有时间我多带带写一篇文章。

enum是jdk5的特性，现在（2017）web应用普遍在jdk6、7、8，所以可以放心使用。

目前最佳的方式是使用接口的方式(解耦):

interface Resource {
    Object doSomething();
}

public enum SomeThing implements Resource {
    INSTANCE {
        @Override
        public Object doSomething() {
            return "I am a Singleton nstance";
        }
    };
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.doSomething());
    }
}

或者不使用接口的形式

public enum SomeThing {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("INSTANCE = " + INSTANCE);
    }

}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        SomeThing.INSTANCE.doSomething();
    }
}

也有人用其他的方式，我对这种方法持强烈反对,具体可以参考文献4，以下代码仅做参考

class Resource {
}

public enum SomeThing {
    INSTANCE;
    private Resource instance;

    SomeThing() {
        instance = new Resource();
    }

    public Resource getInstance() {
        return instance;
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.getInstance());
    }
}

在其他文章中有提到“懒汉”、“恶汉”的名词，其实懒汉主要就是"懒"加载[注：指在使用时装载，不使用时不进行装载]

有人提出这种懒汉设计

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

很显然这种设计线程不安全，一般不会使用。
有人又提出了懒汉改进的方法，使其线程安全。

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

这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是，遗憾的是,因为是重量级锁，效率很低。

于是有人提出了双重校验锁机制,这个用的也比较多。

下面代码就是用double checked locking 方法实现的单例，这里的getInstance()方法要检查两次，确保是否实例INSTANCE是否为null或者已经实例化了，这也是为什么叫double checked locking 模式。

/**
* Singleton pattern example with Double checked Locking
*/
public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;
 
     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}
 
     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

参考文献：
[1] Jason Cai, 设计模式之——单例模式(Singleton)的常见应用场景
[2] cantellow, 单例模式的七种写法
[3] Javarevisited, 单例模式中为什么用枚举更好
[4] natsumi, Java枚举实现单例模式
[5] zejian_，深入理解Java枚举类型(enum)

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