单例模式的创建方式

本文详细解析了单例模式的多种实现方式,包括饿汉模式、懒汉模式、双检锁模式和静态内部类模式。重点讨论了它们各自的优缺点,特别是双检锁模式在多线程环境下的线程安全性和资源利用效率。同时,文章还介绍了如何避免单例对象在反序列化时重新创建,以及推荐的单例模式实现方式。最后,提出了在不同场景下选择单例模式实现策略的建议。

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实现单例模式主要有几个关键点:

1.构造函数不能对外开放,一般为private

2.通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象

3.确保单例类的对象有且只有一个,尤其是在多线程环境下

4.确保单例类对象在反序列化时不会重新构造对象


单例模式的实现方式

1.饿汉单例模式

public class Test {
	private static final Test sTest = new Test();

	private Test() {

	}

	public static Test getInstance() {
		return sTest;
	}
}
饿汉模式即使没有使用单例,在内存中也会一直有对象,浪费的资源。


2.懒汉模式

public class Test {
	private static Test sTest;

	private Test() {

	}

	public static synchronized Test getInstance() {
		if (sTest == null) {
			sTest = new Test();
		}
		return mTest;
	}
}
懒汉模式的优点是单例只有在使用时才会被实例化,在一定程度上节约了资源;缺点是第一次加载时需要及时进行实例化,反应稍慢,最大的问题是每次调用getInstance都进行同步,造成不必要的同步开销,这种模式一般不建议使用。


3.DCL(Double Check Lock)模式

public class Test {
	private static Test sTest = null;

	private Test() {

	}

	public static Test getInstance() {
		if (sTest == null) {
			synchronized (Test.class) {
				if (sTest == null) {
					sTest = new Test();
				}
			}
		}
		return sTest;
	}
}
DCL方式实现单例模式的优点是既能够在需要时才初始化单例模式,又能够保证线程安全,且单例对象初始化后调用getInstance方法不进行同步锁,资源利用率高。缺点是第一次加载时反应稍慢,由于Java内存模型的原因偶尔会失败。这是为什么呢?

假设线程A执行到sTest = new Test()语句,这里看起来是一段代码,但实际上它并不是原子操作,这句代码会被编程成多条汇编语句,它大致做了3件事

1.给Test的实例分配内存

2.调用Test()的构造函数,初始化成员字段

3.将sTest对象指向分配的内存空间(此时sTest就不是null了)

但是,由于Java编译器允许处理器乱序执行,以及JDK1.5之前JMM(Java Memory Model,即Java内存模型)中Cache,寄存器到主内存回写顺序的规定,上面的第二和第三步的顺序是无法保证的。也就是说执行顺序可能是1-2-3,,或者是1-3-2,如果是后者,在3执行完,2未执行的时候切换到线程B,sTest已经不为空了,线程B直接取走了sTest,再使用时就会出错,这就是DCL失效的问题。所以在高并发下有缺陷,虽然概率很小。

DCL模式是使用最多的单例实现方式,它能够在需要时才实例化单例对象,并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性,除非你的代码在高并发场景或者低于JDK6版本下使用。


4.静态内部类模式

public class Test {

	private Test() {

	}

	public static Test getInstance() {
		return TestHolder.sTest;
	}

	public static class TestHolder {
		private static final Test sTest = new Test();
	}
}

当第一次加载Test类时并不会初始化sTest,只有在第一次调用getInstance方法时才会导致sTest被初始化。因此,第一次调用getInstance方法会导致虚拟机加载TestHolder类,这种方式不仅能够确保线程安全,也能够保证单例对象的唯一性,同时也延迟了单例的实例化,这是比较推荐使用的单例模式实现方式。


5.枚举单例

public enum  Test {
	TEST;
	public void doSomething() {
		// 操作
	}
}
写法简单是枚举单例最大的优点,枚举在Java中与普通类一样,不仅能够有字段,还能够有自己的方法。最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的,并且在任何情况下它都是一个单例。

上面的几种单例实现方式中,在一个情况下它们会出现重新创建对象的情况,那就是反序列化。

通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘,然后再读回来,从而有效的获取一个实例。即使构造函数是私有的,反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例,相当于调用该类的构造函数。反序列化操作提供了一个很特别的钩子函数,类中具有一个私有的,被实例化的方法readResolve(),这个方法可以让开发者控制对象的反序列化。上面的几种方式如果要杜绝单例对象反序列化时重新创建对象,必须加入下面的方法:

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
	return sTest;
}
在readResolve方法中将sTest对象返回,而不是默认的重新生成一个新的对象。而对于枚举,并不存在这个问题,因为即使反序列化它也不会重新生成新的实例。


不管以哪种形式实现单例,核心原理都是将构造函数私有化,并且通过静态方法获取一个唯一的实例,在这个获取的过程中必须保证线程安全,防止反序列化导致重新生成新的实例对象等问题。


对于客户端来说,通常没有高并发的情况,所以选择哪种方式并不会有太大的影响。出于效率考虑,推荐使用3,4的形式。单例模式有一个缺点需要注意,如果单例模式持有Context,那么很容易引发内存泄露,此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context


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