【设计模式】单例模式

最新推荐文章于 2021-03-28 18:49:28 发布

御镜堂

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分类专栏：设计模式

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所谓的单例模式指的是一个类只允许产生一个实例化对象。

常见的单例模式一般又分为：懒汉式和饿汉式。

单例模式有如下特点：

只能有一个实例化对象；
这个实例化对象必须是自己创建自己的唯一实例
这个实例化对象必须为所有其他对象提供

饿汉式单例

饿汉式单例，在类初始化时，已经自行实例化，简单来说就是一上来就new

public class Singleton{

    //在类的内部可以访问私有结构，所以可以在类的内部产生实例化对象
    //一上来就new
    private final static Singleton INSTANCE= new Singleton();
    
    //private声明构造
    private Singleton(){}

    public Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

不管你是否使用Singleton类的对象，只要该类加载了，那么一定会自动创建好一个公共的instance对象。既然是饿汉式，就希望整体的操作之中只能够有一个实例化对象，所以一般还会在前面追加一个final关键字。

懒汉式单例

懒汉式单例只在第一次调用的时候实例化自己，简单来说就是用的时候才会new

懒汉式单例也有多种实现方式，这里只说三种线程安全的实现方式，静态内部类、双重检查锁定、枚举类

1、静态内部类（极力推荐）

//延迟加载、线程安全
public class Singleton{

    private Singleton(){}

    //静态内部类
    //静态类在使用的时候才会加载，而且只加载一次
    private static class T{
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    private static Singleton getInstance(){
        return T.INSTANCE;
    }
}

2、DCL（双重检查锁定）

public class Singleton{
    
    public static volatile Singleton INSTANCE= null;

    private Singleton(){}

    //双重检查加锁，只有在第一次实例化的时候，才会启用同步机制，提高了性能
    public static Singleton getInstance(){
        if(INSTANCE == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new Singleton();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }

}

解析

使用私有的构造函数，确保正常情况下该类不能被外部初始化（非正常情况比如通过反射初始化，一般使用反射之后单例模式也就失去效果了）。
getInstance方法中第一个判空条件，逻辑上是可以去除的，去除之后并不影响单例的正确性，但是去除之后效率低。因为去掉之后，不管instance是否已经初始化，都会进行synchronized操作，而synchronized是一个重操作消耗性能。加上之后，如果已经初始化直接返回结果，不会进行synchronized操作。
加上synchronized是为了防止多个线程同时调用getInstance方法时，各初始化instance一遍的并发问题。
getInstance方法中的第二个判空条件是不可以去除，如果去除了，并且刚好有两个线程a和b都通过了第一个判空条件。此时假设a先获得锁，进入synchronized的代码块，初始化instance，a释放锁。接着b获得锁，进入synchronized的代码块，也直接初始化instance，instance被初始化多遍不符合单例模式的要求。加上第二个判空条件之后，b获得锁进入synchronized的代码块，此时instance不为空，不执行初始化操作。
instance的声明有一个voliate关键字，如果不用该关键字，有可能会出现异常。因为instance = new Test();并不是一个原子操作，会被编译成三条指令，如下所示。
1. 给Test的实例分配内存
2. 初始化Test的构造器
3. 将instance对象指向分配的内存空间（注意此时instance就不为空）

然后，java会指令重排序，JVM根据处理器的特性，充分利用多级缓存，多核等进行适当的指令重排序，使程序在保证业务运行的同时，充分利用CPU的执行特点，最大的发挥机器的性能！简单来说就是jvm执行上面三条指令的时候，不一定是1-2-3这样执行，有可能是1-3-2这样执行。如果jvm是按照1-3-2来执行的话，当1-3执行完2还没执行的时候，如果另外一个线程调用getInstance()，因为3执行了此时instance不为空，直接返回instance。问题是2还没执行，此时instance相当于什么都没有，肯定是有问题的。然后咧，voliate有一个特性就是禁止指令重排序，上面的三条指令是按照1-2-3执行的，这样就没有问题了。

3、枚举类

//线程安全，调用效率高，不能延时加载，可以天然的防止反射和反序列化调用
public enum Singleton{

    INSTANCE; //枚举元素本身就是单例

}

单例模式的应用场景

数据库连接池、多线程的线程池。Windows的任务管理器就是很典型的单例模式。