深入java單例模式

Aomine 發布于2019-08-16 10:40 / 2016人閱讀

摘要：單例是應用開發中一種設計模式，主要應用場景為當且僅當系統中只能保留一個對象時使用。本文提出中可以在生產環境中使用的單例設計模式。在的一書中給出了三種單例設計模式采用靜態變量這種寫法使用了私有的構造方法。

單例是應用開發中一種設計模式，主要應用場景為：當且僅當系統中只能保留一個對象時使用。本文提出4中可以在生產環境中使用的單例設計模式。推薦使用enum的方式。

應用場景

例如一下應用場景[1]：
1、 Windows的Task Manager（任務管理器）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開兩個windows task manager嗎？

2、網站的瀏覽人數統計，一般也是采用單例模式實現，否則難以同步。

3、應用程序的日志應用，一般都何用單例模式實現，這一般是由于共享的日志文件一直處于打開狀態，因為只能有一個實例去操作，否則內容不好追加。

//todo
在joshua block 的《effective java second edition》一書中給出了三種單例設計模式

1、采用靜態變量：

public class TaskManager {
        public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager ();
        private TaskManager (){}
        //...
}

這種寫法使用了私有的構造方法。來保證只能有一個實例,但是這種方法也有例外情況，因為，你可以通過反射來調用私有構造方法。這個時候你可以拋出異常。以下代碼僅作為參考。

public class TaskManager {
    public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {
        if (INSTANCE != null) {
            try {
                throw new Exception("An object already exists");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //...
}

2、采用靜態方法

public class TaskManager {
    private static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {}

    public static TaskManager getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    //...
}

3、采用enum的方式

這種模式是目前最佳的，因為：
1、JVM會保證enum不能被反射并且構造器方法只執行一次。
2、此方法無償提供了序列化機制，絕對防止反序列化時多次實例化。
3、運行時（compile-time ）創建對象（懶加載） // todo 關于cmpile-time和run-time有時間我多帶帶寫一篇文章。

enum是jdk5的特性，現在（2017）web應用普遍在jdk6、7、8，所以可以放心使用。

目前最佳的方式是使用接口的方式(解耦):

interface Resource {
    Object doSomething();
}

public enum SomeThing implements Resource {
    INSTANCE {
        @Override
        public Object doSomething() {
            return "I am a Singleton nstance";
        }
    };
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.doSomething());
    }
}

或者不使用接口的形式

public enum SomeThing {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("INSTANCE = " + INSTANCE);
    }

}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        SomeThing.INSTANCE.doSomething();
    }
}

也有人用其他的方式，我對這種方法持強烈反對,具體可以參考文獻4，以下代碼僅做參考

class Resource {
}

public enum SomeThing {
    INSTANCE;
    private Resource instance;

    SomeThing() {
        instance = new Resource();
    }

    public Resource getInstance() {
        return instance;
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.getInstance());
    }
}

在其他文章中有提到“懶漢”、“惡漢”的名詞，其實懶漢主要就是"懶"加載[注：指在使用時裝載，不使用時不進行裝載]

有人提出這種懶漢設計

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

很顯然這種設計線程不安全，一般不會使用。
有人又提出了懶漢改進的方法，使其線程安全。

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

這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的lazy loading，但是，遺憾的是,因為是重量級鎖，效率很低。

于是有人提出了雙重校驗鎖機制,這個用的也比較多。

下面代碼就是用double checked locking 方法實現的單例，這里的getInstance()方法要檢查兩次，確保是否實例INSTANCE是否為null或者已經實例化了，這也是為什么叫double checked locking 模式。

/**
* Singleton pattern example with Double checked Locking
*/
public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;
 
     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}
 
     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

參考文獻：
[1] Jason Cai, 設計模式之——單例模式(Singleton)的常見應用場景
[2] cantellow, 單例模式的七種寫法
[3] Javarevisited, 單例模式中為什么用枚舉更好
[4] natsumi, Java枚舉實現單例模式
[5] zejian_，深入理解Java枚舉類型(enum)

云服務器 GPU云服務器 java單例模式單例模式java代碼單例模式單例模式實現

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