单例模式的几种实现方式

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#单例模式 #java

于 2018-10-30 16:32:47 首次发布

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本文详细介绍了Java中单例模式的六种实现方式，包括懒汉式、线程安全的懒汉式、饿汉式、双检锁/双重校验锁、登记式/静态内部类以及枚举方式，并分析了它们的优缺点和适用场景。

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单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，如下所示：

1、懒汉式，线程不安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：否

实现难度：易

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

实例

public class LazySingleton {

	private static LazySingleton lazySingleton = null;
	private LazySingleton(){
	}
	
	public static LazySingleton getInstance(){
		if(lazySingleton == null){
			lazySingleton = new LazySingleton();
		}
		return lazySingleton;
	}
}

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2、懒汉式，线程安全（synchronized）

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

实例

public class LazySingleton {

	private static LazySingleton lazySingleton = null;
	private LazySingleton(){
	}
	
	public static synchronized LazySingleton getInstance(){
		if(lazySingleton == null){
			lazySingleton = new LazySingleton();
		}
		return lazySingleton;
	}
}

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是（静态成员变量只在类加载器加载时实例化一次）

实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

实例

public class HungrySingleton {

	private static HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
	private HungrySingleton(){
	}
	public static HungrySingleton getInstance(){
		return hungrySingleton;
	}
	
}

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：较复杂

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。

实例

public class DoubleCheckSingleton {

	private volatile static DoubleCheckSingleton doubleCheckSingleton;
	private DoubleCheckSingleton(){
	}
	public static DoubleCheckSingleton getInstance(){
		if(doubleCheckSingleton == null){
			synchronized(DoubleCheckSingleton.class){
				if(doubleCheckSingleton == null){
					doubleCheckSingleton = new DoubleCheckSingleton();
				}
			}
		}
		return doubleCheckSingleton;
	}
	
}

5、登记式/静态内部类

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：一般

描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

实例

public class StaticInnerClass {

	private static StaticInnerClass staticInnerClass;
	private static class SingletonHolder{
		private static final StaticInnerClass INSTANCE = new StaticInnerClass();
	}
	private StaticInnerClass(){
	}
	public static StaticInnerClass getInstance(){
		return SingletonHolder.INSTANCE;
	}
	
}

6、枚举

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

实例

public enum EnumSingleton {

	INSTANCE;
	
}

经验之谈：一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。