單例模式五種實現

Jrain 發布于2019-08-16 10:39 / 1168人閱讀

摘要：前言文章介紹了單例模式五種實現的方式，分別是懶漢，餓漢，靜態內部類，雙重檢驗鎖以及枚舉實現方式，并主要關心加載時機以及線程安全。

前言

文章介紹了單例模式五種實現的方式，分別是懶漢，餓漢，靜態內部類，雙重檢驗鎖以及枚舉實現方式，并主要關心加載時機以及線程安全。首先，通俗點講，餓漢就是這個類還沒被使用到的時候，實例已經創建好了；而懶漢是使用到的時候才創建對應的實例。線程安全方面主要考慮實例化時候是否確保一個實例，對于單例類中其他方法的線程安全不予考慮。

懶漢模式

先來一個最直觀的代碼：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        //如果還沒有被實例化過，就實例化一個，然后返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

這段代碼里，我們沒有考慮線程安全，所以可能就會產生多個實例，但是這個例子能很好的表達單例模式的思想，就是保持只有一個實例，先理解了基礎，我們再一步步發展。

所以線程安全的事情還是得解決啊~于是有了以下的代碼：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果還沒有被實例化過，就實例化一個，然后返回
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

這段代碼只加了一個關鍵字synchronized用于確保getInstance方法線程安全，但是這種方式問題很大啊，畢竟所有的線程到了這個方法全得排隊等著，對性能的損耗非常大，不過沒關系，我們這里著重先解決掉線程安全的問題，接下來會有辦法解決這個效率低下的問題（如果你著急那就直接去看雙重校驗鎖吧...）

懶漢模式將實例化的時機放到了需要使用的時候（餓漢是類加載了就有實例），也就是“延遲加載”，相比餓漢，能避免了在加載的時候實例化有可能用不到的實例，但是問題也很明顯，我們要花精力去解決線程安全的問題。

餓漢模式

餓漢模式相比懶漢模式，在類加載的時候就已經存在一個實例，舉個例子，比如數據庫連接吧，懶漢就是第一次訪問數據庫的時候我才去創建一個連接，而餓漢呢，是你程序啟動了，類加載好了的時候，我已經有個連接了，你用不用不一定了，所以餓漢的缺點也就出來了：可能會產生很多無用的實例。

public class Singleton {
    //類加載的時候instance就已經指向了一個實例
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

那么加載時機的問題我們已經說過了，接下來就是線程安全了，代碼里我們并沒有看見synchronized關鍵字，那么這種方式是如何確保線程安全的呢，這個就是JVM類加載的特性了，JVM在加載類的時候，是單線程的，所以可以保證只存在單一的實例。

雙重校驗鎖

首先要說明的是，雙重檢驗鎖也是一種延遲加載，并且較好的解決了在確保線程安全的時候效率低下的問題。

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){}

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

對比一下最原始的那種線程安全的方法（就是懶漢模式的第二種代碼），那種方法將整個getInstance方法鎖住，那么每次調用那個方法都要獲得鎖，釋放鎖，等待等等...而雙重校驗鎖鎖住了部分的代碼。進入方法如果檢查為空才進入同步代碼塊，這樣很明顯效率高了很多。
有人疑問為什么instance==null要判斷兩次嗎，那我們先去掉第二次的判斷。
如果兩個線程一起調用getInstance方法，并且都通過了第一次的判斷instance==null，那么第一個線程獲取了鎖，然后實例化了instance，然后釋放了鎖，然后第二個線程得到了線程，然后馬上也實例化了instance，這就尷尬了。單例模式就失敗了。
所以加上第二次判斷后，先進來的線程判斷了一下，哦，為空，我創建一個，然后創建一個實例之后釋放了鎖，第二個線程進來之后，哎？已經有了，那我就不用創建了，然后釋放了鎖，開開心心的完成了單例模式。

靜態內部類

懶漢模式需要考慮線程安全，所以我們多寫了好多的代碼，餓漢模式利用了類加載的特性為我們省去了線程安全的考慮，那么，既能享受類加載確保線程安全帶來的便利，又能延遲加載的方式，就是靜態內部類。Java靜態內部類的特性是，加載的時候不會加載內部靜態類，使用的時候才會進行加載。而使用到的時候類加載又是線程安全的，這就完美的達到了我們的預期效果~

public class Singleton {

    private static class SingletonHolder{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

枚舉

JDK1.5提供了一個新的數據類型，枚舉。枚舉的出現提供了一個較為優雅的方式取代以前大量的static final類型的變量。而這里，我們也利用枚舉的特性，實現了單例模式，這種思路是《Effective Java》中第三條最后一段給出的實現方式，有興趣的可以看看這本書~
代碼簡單到無法理解：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

外部調用由原來的Singleton.getInstance變成了Singleton.INSTANCE了。

這里要注意，原來的class已經換成了關鍵字enum，但是其實無所謂的，看下繼承關系就能知道，其實還是一個class

而且我們可以查看Enum的源碼：

這里能看到實現了Serializable接口，所以不用考慮序列化的問題（其實序列化反序列化也能導致單例失敗的，但是我們這里不過多研究）。對于線程安全，同樣的，加載的時候JVM能確保只加載一個實例。

總結

在單例模式各種設計的方法中，我們使用到了內部靜態類的特性，使用了枚舉的特性，所以基礎非常重要，單例模式是設計模式之一，而設計模式其實是對語言特性不足的一面進一步的包裝。吸納基礎，工作學習多加思考，設計模式也就自然而然的能夠理解。
另外，好多帖子都說利用枚舉的方式在團隊合作中不常使用，因為需要配合，用了枚舉別人不熟悉。這點我是不同意的，如果因為大家不懂不熟悉而放棄了使用很棒的特性，那么就永遠抱著舊的方式停滯不前，JDK的更新也失去了意義。
還是希望能夠不斷的接觸Java新鮮的想法，在深厚的基礎上迸發不一樣的思路，然后去解決實際的問題。

以上，如有不妥，還望指正。

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