单例模式

最新推荐文章于 2025-01-06 18:04:26 发布

原创最新推荐文章于 2025-01-06 18:04:26 发布 · 287 阅读

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本文深入探讨了单例模式的设计理念及其实现方式，包括不同环境下单例模式的正确实现，特别是针对多线程环境中如何避免重复实例化的问题。

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背景介绍：

对于一些对象我们可能需要确保只被实例化一个，否则可能会出问题，比如：打日志（为了确保日志的顺序，因此只能实例化一个）、windows的任务管理器、数据库线程池、还有回收站等，这些都需要确保类必须只能被实例化一个，这种场景对应的设计模式也叫作单例模式（singleton pattern）。

单例模式（singleton pattern），确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。

在介绍单例模式之前，对于类中的某个资源只被实例化一次，我们很容易想到的是类的静态变量，但是静态变量使用起来没有那么好用，因此，推荐单例模式。

知识点：Java中实现单例模式需要：1、私有的构造器；2、一个public静态方法；3、一个private静态变量。

分析：很容易想到，为了不让类被外部类随意实例化，我们需要一个私有的构造器，然后，然后，我们通过一个private静态变量来存储实例化的数据，是全局的但是又不被外部直接访问，再通过一个public静态方法来获取该值，如果不存在就实例化，如果存在就返回。很容易写出如下代码：

存在问题的单例实现：

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton(){
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(uniqueInstance == null){                              #1
            uniqueInstance = new Singleton();                    #2
        }
        return uniqueInstance;                                   #3
    }
}

分析：

上述代码在多线程下，可能会有问题。比如有两个线程，刚开始的时候，线程1、线程2同时运行到#1，则此时线程1执行uniqueInstance = new Singleton();线程2也执行uniqueInstance = new Singleton()；这样就被实例化了两次，也就不是单例模式了。也有可能线程1执行到#2，线程2执行到#1，则仍会如上述情况一样被实例化了两次。

不推荐的改进单例模式：

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton(){
    }

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

分析：

在getInstance()方法上增加synchronized关键字，这样所有所有进入该方法的线程都需要等待其他线程，确保只有一个线程执行方法体。

缺点：每次调用该方法，都需要进行同步，影响性能。

推荐的单例模式：

我们知道其实之所以加同步方法，是因为在首次调用单例时，可能存在同时实例话多个，因此，我们只需要保证uniqueInstance = new Singleton()这句话只被调用一次，而如果即被uniqueInstance != null实例化之后就直接返回uniqueInstance该值，不用每次都进行同步，消耗性能。

代码如下：

public class Singleton {

    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton(){
    }

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

这段代码重要的是这句：

确保只有一个线程能够进入该同步包围的方法内部，当下一个线程能够进入时，会先判断uniqueInstance是否等于null，如果为空则实例化，如果不为空，则直接返回已经实例化的值。

补充：volatile关键字确保，当uniqueInstance变量被初始化成Singleton单例时，多个线程正确处理uniqueInstance变量。（这是因为如果不加这个volatile，则uniqueInstance的值仍在缓存中，而多个线程间的值是通过主存来获取的，加入volatile确保缓存中的额值直接刷入主存中，具体可以去查看并发编程中的相关知识）。

另外一种单例模式：

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();

    private Singleton(){
    }

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

分析：

通过上面的分析，我们知道在判断是够uniqueInstance为null时，可能会存在实例化多次的问题，因此，可以将实例化的工作，放在静态字段中（静态字段本身具有原子性），这种在Java代码中也是第一次被调用的时候才会对其实例化，而且只实例化一次。