设计模式学习(四) -- 单例模式 Singleton Pattern

本文介绍了单例模式的概念及其在确保程序中一个类只有一个实例的应用。探讨了如何通过不同方法处理多线程环境下单例模式的问题,包括使用同步方法、静态变量初始化及双重检查加锁等。

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单例模式:确保易一个类只有一个实例,并提供一个全局的访问点。

全局变量可以提供全局的访问,但是不能确保只有一个实例。

单例模式类图

/**
 *
 * @author Yves
 */
public class Singleton {
    private static Singleton uniqueInstance;    //静态变量来记录唯一的实例

    private Singleton(){    //私有private的构造函数确保只有Singleton类自己才能实例化该类对象
    }

    public static Singleton getInstance(){      //提供一个静态static的、共有public的 获取Singleton类实例的方法,该方法要检查实例是否已被创建
        if(uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

单例模式确保程序中一个类的实例只有一个。使用单例模式确保程序使用的全局资源只有一份,常用来管理共享资源,如数据库连接或者线程池。

多线程对单例模式的影响:多线程在调用getInstance方法时,可能会出现创建多个实例的情况。

处理多线程

  • 把getInstance()方法变成同步方法
public static synchronized Singleton getInstance(){   //使用同步方法避免多线程创建多个实例    
        if(uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }

使用同步方法,程序的执行效率会下降。

  • 将静态变量初始化,创建一个类的实例
public class Singleton {
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();    //静态变量在类中初始化,getInstance()中不再创建实例,来保证只有一个实例被创建。

    private Singleton(){    
    }

    public static synchronized Singleton getInstance(){ 
        return uniqueInstance;
    }
}

JVM在加载这个类的时候,马上创建这个类的唯一实例。JVM保证任何线程在访问该类的uniqueInstance 静态变量之前,一定要先创建此实例。

  • 使用“双重检查加锁”,在getInstance()方法中减少使用同步的情况
public class Singleton {
    private static volatile Singleton uniqueInstance;    //volatile关键字确保多个线程正确地初始化uniqueInstance变量

    private Singleton(){   
    }

    public static  Singleton getInstance(){      
        if(uniqueInstance==null){               //检查实例,如果不存在,则进入同步区
            synchronized(Singleton.class){
                if(uniqueInstance==null){       //在同步区再检查一次,如果不存在实例,才创建新实例
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

三种处理多线程问题的方法各有优缺点,在使用的时候根据实际需求选择使用哪一种方法。

注意

  • 如果把类的变量和方法都声明为静态static的,把类本身当做一个单例,由于静态初始化是交给JVM完成的,可能会造成跟初始化顺序有关的bug,所以建议使用对象的单例,而不是类的单例。
  • 如果有两个以上的类加载器,每个类加载器都有自己的命名空间,所以会出现不同的类加载器加载同一个类,这样看来就出现了一个类的多个实例。解决办法就是自己指定同一个类加载器来加载。
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