设计模式——Singleton单例模式
设计模式——Singleton单例模式
单例模式
这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。
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。比如配置文件、工具类、线程池、缓存、日志对象等。
优点: 1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。 2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。
缺点:没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。
单例模式的几种实现方式
单例模式的实现有多种方式,如下所示:
饿汉模式
饿汉模式,类被加载的时候便创建了静态成员,加载类时比较慢,运行时获取对象的速度比较快,线程安全。
这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。
优点:没有加锁,执行效率会提高。
缺点:类加载时就初始化,浪费内存。
它基于 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 lazyloading 的效果。
public class Singleton {
//唯一实例,并创建对象
private static Singleton singleton = new Singleton();
//将构造函数私有化,不允许从外部直接创建对象
private Singleton() {
System.out.println("生成了一个实例。");
}
//通过公有静态函数返回唯一实例
public static Singleton getInstance() {
return singleton;
}
}
懒汉模式,线程不安全
这种方式是最基本的实现方式,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。这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。
public class Singleton2 { //唯一实例,只声明 private static Singleton2 singleton; //将构造函数私有化,不允许从外部直接创建对象 private Singleton2() { System.out.println("生成了一个实例。"); } //通过公有静态函数返回唯一实例 public static Singleton2 getInstance() { if(singleton==null){ singleton=new Singleton2(); } return singleton; } }
懒汉模式,线程安全
这种方式具备很好的 lazyloading,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。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键(该方法使用不太频繁)。
public class Singleton3 { private static Singleton3 instance; private Singleton3 (){} //使用synchronized关键字进行加锁 public static synchronizedSingleton3 getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton3(); } return instance; } }
懒汉模式,DCL
双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)
这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。
public class Singleton4 { private volatile static Singleton4 singleton; private Singleton4 (){} public static Singleton4 getSingleton() { //双重校验 if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton4(); } } } return singleton; } }
登记式/静态内部类
这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了classloder 机制来保证初始化instance 时只有一个线程,因为SingletonHolder 类没有被主动使用,只有显示通过调用 getInstance 方法时,才会显示装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。
public class Singleton5 { private static class SingletonHolder { private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5(); } private Singleton5 (){} public static final Singleton5 getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }
总结
一般情况下,建议使用第1种饿汉方式,不建议使用第2种和第3种懒汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时,才会使用第 5 种登记方式。如果有其他特殊的需求,可以考虑使用4种双检锁方式。