单例模式几种写法

前言

单例模式要求在任何情况下目标对象都只存在一个实例，并提供一个全局访问点获取该对象的实例。常见的应用场景如：1. 网站浏览次数计数器，采用单例模式可以避免线程安全问题；如果存在多个计数器对象，那么计数器的值是无法同步的。2. 系统配置信息，配置信息通常由一个单例对象统一管理，在服务程序中其他对象从该单例对象中获取所需的配置信息。单例模式大致可分为四类：饿汉式、懒汉式、注册式和 ThreadLocal 式。

单例模式写法

1. 饿汉式

以下这两种形式异曲同工，无太大差别。

1.1 直接初始化

优点：执行效率高，性能高，未加任何锁。
缺点：某些情况下（当应用程序中单例对象比较多时），可能造成内存浪费。

public class SystemConfigHungry {
    //初始化
    private static final SystemConfigHungry instance = new SystemConfigHungry();
    //构造方法私有化
    private SystemConfigHungry(){}
	//访问点
    public static SystemConfigHungry getInstance(){
        return instance;
    }
}

1.2 静态代码块初始化

优点：执行效率高，性能高，未加任何锁。
缺点：某些情况下（当应用程序中单例对象比较多时），可能造成内存浪费。

public class SystemConfigHungry {
    private static SystemConfigHungry instance = null;
    //初始化
    static {
        instance = new SystemConfigHungry();
    }
    //构造方法私有化
    private SystemConfigHungry(){}
	//访问点
    public static SystemConfigHungry getInstance(){
        return instance;
    }
}

2. 懒汉式

2.1 普通方式

优点：节省内存，线程安全。
缺点：性能低。

public class SystemConfigLazy {
    private static SystemConfigLazy instance = null;
    //构造方法私有化
    private SystemConfigLazy(){}
    //访问点、初始化
    public synchronized static SystemConfigLazy getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SystemConfigLazy();
        }
        return instance;
    }
}

2.2 双重检查锁

优点：性能高，线程安全。
缺点：代码可读性差，不优雅。

public class SystemConfigDoubleCheck {
    private volatile static SystemConfigDoubleCheck instance = null;
    //构造函数私有化
    private SystemConfigDoubleCheck(){}
    //初始化、访问点
    public static SystemConfigDoubleCheck getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SystemConfigDoubleCheck.class){
                if(instance == null){
                    //指令重排序问题：分配变量 instance 变量和 new SystemConfigDoubleCheck() 的内存先后问题。
                    instance = new SystemConfigDoubleCheck();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

2.3 静态内部类

优点：代码结构优雅，利用 java 本身的语法特点，性能高，避免内存浪费。
缺点：能够被反射破坏。

public class SystemConfigInnerClass {
    //构造函数私有化
    private SystemConfigInnerClass(){}
    //访问点、延迟加载
    public static SystemConfigInnerClass getInstance(){
        return SystemConfigInit.instance;
    }
    //内部类初始化
    private static class SystemConfigInit{
        private static final SystemConfigInnerClass instance = new SystemConfigInnerClass();
    }
}

3. 注册式

3.1 枚举式

优点：线程安全，代码优雅。
缺点：不能大批量创建对象，会造成内存浪费。

public enum SystemConfigEnum {
    INSTANCE;
    //1. Enum 本身只提供了有参构造器，但是在类 Constructor 已规定不能通过反射实例化枚举类；
    //2. Enum 本身实现了 Serializable接口，禁止了 readObject 方法。只能通过自身提供的 valueOf方法获取
    //   name对应的 Enum 对象，方法体本身是使用 Map 作为容器存储已初始化的枚举对象（声明时已存储）
    public static SystemConfigEnum getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

3.2 容器式

容器式（IOC容器），将每个实例缓存到容器中，使用唯一标识获取实例。

public class ContainerSingleton {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ContainerSingleton.class);

    //初始化容器
    private static Map<String, Object> container = new ConcurrentHashMap<String, Object>(16);

    /**
     * 访问点
     * @param className 类全路径（eg.com.design.service.impl.share.BaseDTO）
     */
    public static Object getInstance(String className){ //className：类全路径
        Object object = null;
        if(!container.containsKey(className)){
            try {
                object = Class.forName(className).newInstance();
                container.put(className, object);
            } catch (Exception e) {
                logger.error("Init instance exception", e);
            }
        }else{
            object = container.get(className);
        }
        return object;
    }
}

4. ThreadLocal 式

严格意义上，此方式并非单例。只是在单个线程中是单例。比如：ORM框架中实现多数据源动态切换。

public class ThreadLocalSingleton {

    private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadInstance = new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
        @Override
        protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
            return new ThreadLocalSingleton();
        }
    };
    //构造方法私有化
    private ThreadLocalSingleton(){}
    //访问点
    public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
        return threadInstance.get();
    }
}

总结

1. 单例模式常应用于创建对象耗时较长或耗费资源较多、频繁访问数据库或资源文件的对象；
2. 破坏单例模式的方式有多线程、反射、序列化-反序列化等，使用时需多加留意。