設計模式-單例模式

guqiu 發布于2019-08-16 13:25 / 3144人閱讀

摘要：簡介最基本的實例中規定了一個類只會被初始化一次所以該方法是線程安全的但是其在方法調用前就初始化了比較浪費資源優點只有一個實例節約內存空間減少了系統的性能開銷如果某一個對象的產生需要比較多的資源時可以在啟動時直接產生一個單例對象使其永駐內存可

In software engineering, the singleton pattern is a software design pattern that restricts the instantiation of a class to one object. This is useful when exactly one object is needed to coordinate actions across the system. The concept is sometimes generalized to systems that operate more efficiently when only one object exists, or that restrict the instantiation to a certain number of objects. The term comes from the mathematical concept of a singleton

簡介 最基本的實例

public class Emperor {
    private static final Emperor emperor=new Emperor();

    private Emperor(){}

    public static Emperor getInstance(){
        return emperor;
    }
}

Java Language Specification 中規定了一個類只會被初始化一次.所以該方法是線程安全的, 但是其在方法調用前就初始化了, 比較浪費資源.

優點

只有一個實例, 節約內存空間, 減少了系統的性能開銷, 如果某一個對象的產生需要比較多的資源時, 可以在啟動時直接產生一個單例對象, 使其永駐內存.

可以避免對資源的多重占用,

可以在系統設置全局的訪問點, 優化和共享資源訪問.

缺點

單例模式一般沒有接口, 擴展很困難, 除了修改代碼基本上沒有第二種途徑可以實現

單例模式不利于測試, 如果單例模式沒有完成, 無法進行測試

與單一職責原則相沖突.

其它實現方式 懶漢模式

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

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

該實現只會在需要的時候才會進行初始化且是線程安全的, 但是每次調用getInstance()都會進行同步, 會浪費資源

Double Check Lock

class SingletonDCL{
    private static SingletonDCL sInstance;

    private SingletonDCL(){}

    public static SingletonDCL getInstance(){
        if(sInstance==null){
            synchronized (SingletonDCL.class){
                if(sInstance==null){
                    sInstance=new SingletonDCL();
                }
            }
        }

        return sInstance;
    }
}

該實現只會在需要的時候才會進行初始化, 看似線程安全, 但實際并不是.

假設線程A執行到sInstance=new SingletonDCL(), 這句代碼并不是一個原子操作, 這句代碼大致會被分為下面3個步驟來處理:

給SingletonDCL的實例分配內存

調用SingletonDCL的構造函數, 初始化成員字段

將sInstance對象指向分配的內存空間 (此時sInstance就不是null了).

如果這句代碼嚴格按照這個順序執行,該DCL單例模式便是線程安全的, 但是事實并非如此. 原因是JVM并沒有保證上述第2和第3步的執行順序.
也就是說執行步驟可能是1-3-2, 這種執行步驟就會出問題:

當先執行第3步時, 另一個線程B開始執行getInstance(), 由于此時sInstance已經不是null了, 所以線程B會返回一個還未初始化的sInstance, 出現了錯誤.

JVM1.5之后改善了這個問題, 在sInstance前加上volatile關鍵字可以確保線程安全.
即private static volatile SingletonDCL sInstance;

靜態內部類單例模式

DCL單例模式并不推薦使用,《Java并發編程實踐》推薦使用下面這個方法:

class SingletonStatic{
    private SingletonStatic(){}

    public static SingletonStatic getInstance(){
        return SingletonStaticHolder.sInstance;
    }

    private static class SingletonStaticHolder{
        private static final SingletonStatic sInstance=new SingletonStatic();
    }
}

第一次加載時, 并不會初始化sInstance, 只在第一調用getInstance()時初始化, 且該方法是線程安全的.

枚舉單例

enum SingletonEnum{
    INSTACNE;
    public void doSomething(){
        StdOut.println("doSomething...");
    }
}

枚舉單例模式有以下3個優點:

線程安全, 任何時候都只有一個實例

反序列化時, 都只會有一個實例

可以防止反射攻擊

選擇哪一種實現方式

無論采用哪一種實現方式, 都要確保線程安全, 防止反序列化導致重新生成實例對象等一些問題. 具體選擇哪一種實現方式取決于項目本身.

關于序列化

除了枚舉單例, 為了避免單例對象在被反序列化時重新生成對象, 必須加入以下方法

private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
    return sInstance;
}

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