定义

单例模式是一个比较简单的模式,其定义如下:

确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化,并向整个系统提供这个实力。

优点:

1.由于单例模式在内存中只有一个实例,减少了内存开支,特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时,且创建或销毁时性能又无法优化,单例模式的优势就非常明显。

2.由于单例模式只生成一个实例,所以减少了系统的性能开销,当一个对象的产生需要比较多的资源时,如读取配置,产生其他的依赖对象时,则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象,然后用永久驻留内存的方式解决。(在javaEE中采用单例模式时需要注意jvm的垃圾回收机制)

3.单例模式可以避免对资源的多重占用,例如一个写文件的动作,由于只有一个实例存在在内存中,可以避免堆同一个资源文件的同时写操作

4.单例模式可以在系统设置全局的访问点,优化和共享资源访问。例如可以设计及一个类,负责所有数据包的映射处理。

缺点:

1.单例模式一般没有接口,扩展很困难,若要扩展,除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢?因为接口是对单例模式没有任何意义的,特殊情况下单例也可能实现接口或者被继承。

2.单例堆测试是不利的。在并行开发环境中,如果单例模式没有完成,是不能进行测试的。没有接口也不能使用mock方式虚拟一个对象。

3.单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑,而不关心它是否是单例的,是不是单例取决于环境,单例模式把要单例和业务模式融合在一个类中。

单例模式的使用场景:

1.要求生成唯一序列号的环境

2.在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据,例如一个web页面上的计数器,可以使用单例模式保持计数器的值,并确保是线程安全的

3.创建一个对象需要消耗的资源过多,如要访问IO和数据库等资源。

4.需要定义大量的静态常量和静态方法的环境,可以采用单例模式。

另外,在Spring中,每个bean默认就是单例的。这样做的优点是,spring容器可以管理这些Bean的生命周期,决定什么时候创建出来,什么时候销毁,销毁的时候要如何处理等等。如果采用非单例模式,则Bean初始化后的滚啊里交由J2EE容器,Spring容器就不再跟踪管理Bean的生命周期了。

注意:所有的单例模式都是使用静态方法进行创建的,所以单例对象在内存中静态共享区中存储。

Java实现单例模式

第一种(懒汉,线程不安全):

public class SingletonDemo1 {
private static SingletonDemo1 instance;
private SingletonDemo1(){}
public static SingletonDemo1 getInstance(){
if (instance == null) {
instance = new SingletonDemo1();
}
return instance;
}
}

这种写法lazy loading很明显,但是致命的是在多线程不能正常工作。 

第二种(懒汉,线程安全):

public class SingletonDemo2 {
private static SingletonDemo2 instance;
private SingletonDemo2(){}
public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
if (instance == null) {
instance = new SingletonDemo2();
}
return instance;
}
}

这种写法在getInstance()方法中加入了synchronized锁。能够在多线程中很好的工作,而且看起来它也具备很好的lazy loading,但是效率很低(因为锁),并且大多数情况下不需要同步。

第三种(饿汉):

public class SingletonDemo3 {
private static SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();
private SingletonDemo3(){}
public static SingletonDemo3 getInstance(){
return instance;
}
}

这种方式基于classloder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,这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

第四种(饿汉,变种):

public class SingletonDemo4 {
private static SingletonDemo4 instance = null;
static{
instance = new SingletonDemo4();
}
private SingletonDemo4(){}
public static SingletonDemo4 getInstance(){
return instance;
}
}

表面上看起来差别挺大,其实更第三种方式差不多,都是在类初始化即实例化instance

第五种(静态内部类):

public class SingletonDemo5 {
private static class SingletonHolder{
private static final SingletonDemo5 instance = new SingletonDemo5();
}
private SingletonDemo5(){}
public static final SingletonDemo5 getInsatance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程,它跟第三种和第四种方式不同的是(很细微的差别):第三种和第四种方式是只要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,只有显示通过调用getInstance方法时,才会显示装载SingletonHolder类,从而实例化instance。想象一下,如果实例化instance很消耗资源,我想让他延迟加载,另外一方面,我不希望在Singleton类加载时就实例化,因为我不能确保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,这种方式相比第三和第四种方法就显得更合理。

第六种(枚举):

public enum SingletonDemo6 {
instance;
public void whateverMethod(){
}
}

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,而且还能防止反序列化重新创建新的对象,可谓是很坚强的壁垒啊,不过,个人认为由于1.5中才加入enum特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,我也很少看见有人这么写过。

第七种(双重校验锁):

public class SingletonDemo7 {
private volatile static SingletonDemo7 singletonDemo7;
private SingletonDemo7(){}
public static SingletonDemo7 getSingletonDemo7(){
if (singletonDemo7 == null) {
synchronized (SingletonDemo7.class) {
if (singletonDemo7 == null) {
singletonDemo7 = new SingletonDemo7();
}
}
}
return singletonDemo7;
}
}

这些实现的共同之处是全部私有化成员变量和构造函数,并且有一个公开的getInstance函数。注意,在第七种双重检查中,成员变量必须加volatile关键字修饰。否则很可能出现一个线程创建了一半的对象被另一个线程访问,出现空指针异常。

参考文献:

https://www.cnblogs.com/Ycheng/p/7169381.html

设计模式之禅 秦小波 著

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