创建对象——单例（Singleton）模式

 

单例（Singleton）模式：

 

保证一个类在系统里只能有一个对象被实例化。

 

如：缓存池、数据库连接池、线程池、一些应用服务实例等。

 

难点：在多线程环境中，保证实例的唯一性。

 

 

最简单的单例模式：

1. 保证该类构造方法是私有的，外部无法创建该类型的对象；
2. 提供一个全局访问点，方便给客户对象提供对此单例对象的使用；

 

public class Singleton {
    /**
     * 私有变量，外界无法访问
     * 可以定义 public 类型 instance变量,把属性直接暴露给客户对象,则没必要实现getInstance()方法
     * 但是可读性降低,而且直接暴露实例变量的名字给客户程序,会增加代码的耦合度
     */
    private static Singleton instance = new Singleton();

    static {
        //...
    }

    // 唯一的 private构造方法，客户对象无法创建该对象实例
    private Singleton() {

    }

    // 全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

// 客户使用单例模式代码
Singleton singleton = Singleton.getInstance();

    如果该实例需要比较复杂的初始化过程时，把这个过程应该写在 static{ ... }代码快中。

    注意：此实现是线程安全的，当对个线程同时去访问该类的 getInstance( ) 方法时，不会初始化多个不同的对象，这是因为，JVM 在加载此类时，对于 static 属性的初始化只能由一个线程执行且仅一次。

 

 

进阶：

    Statci 在加载类时就会被初始化，出于性能等方面的考虑，我们希望延迟实例化单例对象，只有在第一次使用该类的实例时才去实例化。

 

延迟创建：

 

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

    我们把单例的实例化过程移至 getInstance( )方法，而不是在加载类时预先创建，当访问此方法时，首先判断该实例是不是已经被实例化过了，如果已被初始化，则直接返回这个对象的引用；否则，创建这个实例并初始化，最后返回这个对象引用。

 

    使用 if (instance == null) 判断是否实例化完成了，此方法不是线程安全的。

 

 

线程安全：

    在高并发的环境中，getInstance( ) 方法将返回多个指向不同的该类实例。

 

	Thread 1	Thread 2
1	if (instance == null)
2		if (instance == null)
3	Singleton instance = new Singleton();
4		Singleton instance = new Singleton();
5	return instance;
6		return instance;

 

    在时刻 1和 2，由于还没有创建单例对象，Thread 1 和 Thread 2都会进入创建单例实例的代码块分别创建实例。在时刻 3 ，Thread 1创建了一个实例对象，但是 Thread 2此时已无法知道，于是继续创建一个新的实例对象，导致这两个线程持有的实例并非为同一个。

    更为糟糕的是，在没有自动内存回收机制的语言平台上运行这样的单例模式，如：C++，以为我们认为创建了一个单例实例，忽略了其他线程所产生的对象，不会手动去回收它们，从而引起内存泄漏。

 

为了解决这个问题，我们给次方法添加 关键字，代码如下：

 

　　

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

 

    这样，再多的线程访问都只会实例化一个单例对象，实现了多线程的安全访问，但是在多线程高并发访问的情况下，给此方法加上 ynchronized 关键字会是得性能大不如前。

 

 

如何创建并发访问效率高的单例：Double-Check Locking

 

    仔细分析发现，使用 synchronized 关键字对整个 getInstance( ) 方法进行同步是没有必要的：我们只要保证实例化这个对象的那段逻辑被一个线程执行就可以了，而返回引用的那段代码是没有必要同步的。更改去下：

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

 

    在 getInstance( ）方法里，首先判断实例是否已经被创建了，如果还没有创建，首先使用 synchronized 同步实例代码块。在同步代码块里，还需要再次检查是否已经创建了此类的实例，这是因为：如果没有第二次检查，这时有两个线程 Thread A 和 Thread B 同时进入该方法，它们都检测到 instatnce 为 null，不管哪一个线程先占据同步锁，并创建实例对象，都不会阻止另外一个线程继续进入实例代码块重新创建实例对象，这样，同样会产生两个实例对象。所以，我们在同步的代码块里，要进行第二次判断，判断该代码是否已被创建。

 

 

注意：此程序只有在 JAVA 5及以上版本才能正常运行，在以前版本不能保证其正常运行。这是由于 Java平台的内存模式容许 out-of-order writes 引起的，假定有两个线程，Thread 1 和 Thread 2，它们执行以下步骤：

    1、Thread 1发现 instatnce 没有被实例化，它获得锁，并去实例化此对象，JVM 容许在没有完全实例化完成时，instance 变量就指向此实例，因为这些步骤可以是 out-of-order writes 的，此时 instance==null 为 false，之前的版本即使用 volatile 关键字修饰也无效。

    2、在初始化完成之前，Thread 2 进入此方法，发现 instance 已经不为 null了，Thread 2 便认为该实例初始化完成了，使用这个未完成初始化的实例对象，则很可能引起系统的奔溃。

 

 

 

Initialization on demand holder

    要使用线程安全的延迟的单例初始化，还有一种方法，代码如下：

public   class   LazyLoadedSingleton  {
     private  LazyLoadedSingleton {

    }
     private   static   class  LazyHolder{
         private   static   final  LazyLoadedSingleton  singletonInstatnce =  new  LazyLoadedSingleton();
    }
     public   static  LazyLoadedSingleton getInstance() {
         return  LazyHolder.singletonInstatnce;
    }
}

 

    当 JVM 加载 LazyLoadedSingleton   类时，由于该类没有 static 属性，所以加载完成后便即可返回。只有第一次调用 getInstance( ) 方法时，JVM 才会加载 LazyHolder 类，由于它包含一个 static 属性 singletonInstatnce，所以会首先初始化这个变量，这样即实现了一个即保证线程安全又支持延迟加载的单例模式。

 

单例模式序列化应该注意的问题：Singleton 的序列化

 

    如果单例类实现了 Serializable接口，在默认情况下，每次反序列化总会创建一个新的实例对象，这样一个系统会出现多个对象使用。

    解决思路： readResolve( )方法在反序列化完成之前被执行，我们在此方法里替换掉反序列化出来的那个新的实例，让其指向内存中的那个单例对象即可，代码如下：

public   class  SerializableSingleton  implements  Serializable {
     private   static   final   long   serialVersionUID  = 4285441628073602932L;
     static  SerializableSingleton  singleton  =  new  SerializableSingleton();
     private  SerializableSingleton() {
    }
     private  Object  readResolve () {
         return   singleton ;
    }
}

    方法 readResovle( ) 直接返回 singleton单例，这样，在内存中始终保持了一个唯一的单例对象。

 

 

 

思考：以上学习，讨论的是在同一个 JVM中，保证一个类只有一个单例，如果在分布式环境中，如何保证在整个应用（可能分布在不同 JVM上）只有一个实例？？？