概述


  • 意图

    保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

  • 主要解决

    一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

  • 何时使用

    当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

  • 如何解决

    判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

  • 关键代码

    构造函数是私有的。

  • 使用场景

  1. 要求生产唯一序列号。
  2. WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。
  3. 创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。
  4. 对于频繁使用的对象,可以省略创建对象所花费的时间,这对于那些重量级对象而恶言,是非常可观的一笔系统开销。
  5. 由于new 操作的次数减少,因而对系统内存的使用频率也会降低,这将减轻GC压力,缩短GC停顿时间。
  • 注意事项

    getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成instance被多次实例化。

实现方式


1. 懒汉式,线程不安全

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

最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。

2. 懒汉式,线程安全

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

具备很好的 lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情况下不需要同步。

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。

3. 饿汉式

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

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,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到 lazy loading 的效果。

4. 双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)

public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}

采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance() 的性能对应用程序很关键。

5. 静态内部类

public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}

利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程。

它跟第 3 种方式不同的是:第 3 种方式只要 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,只有通过显式调用 getInstance 方法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance

6. 枚举

public enum Singleton {
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,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。

7. Spring Bean Scopes

Scope Description
singleton 单例模式,在整个Spring IoC容器中,使用singleton定义的Bean将只有一个实例
prototype 原型模式,每次通过容器的getBean方法获取prototype定义的Bean时,都将产生一个新的Bean实例
request 对于每次HTTP请求,使用request定义的Bean都将产生一个新实例,即每次HTTP请求将会产生不同的Bean实例。
只有在Web应用中使用Spring时,该作用域才有效
session 对于每次HTTP Session,使用session定义的Bean豆浆产生一个新实例。
同样只有在Web应用中使用Spring时,该作用域才有效
global session 每个全局的HTTP Session,使用session定义的Bean都将产生一个新实例。典型情况下,仅在使用portlet context的时候有效。
同样只有在Web应用中使用Spring时,该作用域才有效

基于注解开发时,@scope完成bean的作用域配置默认是单例模式(singleton)。现在普遍的Java开发过程,都会应用Spring 此时需要单利对象,利用它其实是最省事方便的。

@Component
public class Singleton {
@Bean
public Singleton getInstance() {
return new Singleton();
}
} public class Client {
@Autowire
private Singleton singleton;
}

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