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原创
2022/09/08 17:51
阅读数 32
创建型：单例设计模式2
目录介绍
- 01.如何实现一个单例
- 02.饿汉式实现方式
- 03.懒汉式实现方式
- 04.双重DCL校验模式
- 05.静态内部类方式
- 06.枚举方式单例
- 07.容器实现单例模式
01.如何实现一个单例
- 介绍如何实现一个单例模式的文章已经有很多了，但为了保证内容的完整性，这里还是简单介绍一下几种经典实现方式。概括起来，要实现一个单例，我们需要关注的点无外乎下面几个：
- 构造函数需要是 private 访问权限的，这样才能避免外部通过 new 创建实例；
- 考虑对象创建时的线程安全问题；
- 考虑是否支持延迟加载；
- 考虑 getInstance() 性能是否高（是否加锁）。
02.饿汉式实现方式
- 饿汉式的实现方式比较简单。在类加载的时候，instance 静态实例就已经创建并初始化好了，所以，instance 实例的创建过程是线程安全的。不过，这样的实现方式不支持延迟加载，从名字中我们也可以看出这一点。具体的代码实现如下所示：
//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化
public class Singleton {
//static修饰的静态变量在内存中一旦创建，便永久存在
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
- 代码分析
- 饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。其中 instance = new Singleton()可以写成：
static {
instance = new Singleton();
}
- 有人觉得这种实现方式不好
- 因为不支持延迟加载，如果实例占用资源多（比如占用内存多）或初始化耗时长（比如需要加载各种配置文件），提前初始化实例是一种浪费资源的行为。最好的方法应该在用到的时候再去初始化。
- 不过，我个人并不认同这样的观点。如果初始化耗时长，那我们最好不要等到真正要用它的时候，才去执行这个耗时长的初始化过程，这会影响到系统的性能（比如，在响应客户端接口请求的时候，做这个初始化操作，会导致此请求的响应时间变长，甚至超时）。采用饿汉式实现方式，将耗时的初始化操作，提前到程序启动的时候完成，这样就能避免在程序运行的时候，再去初始化导致的性能问题。
- 如果实例占用资源多，按照 fail-fast 的设计原则（有问题及早暴露），那我们也希望在程序启动时就将这个实例初始化好。如果资源不够，就会在程序启动的时候触发报错（比如 Java 中的 PermGen Space OOM），我们可以立即去修复。这样也能避免在程序运行一段时间后，突然因为初始化这个实例占用资源过多，导致系统崩溃，影响系统的可用性。
03.懒汉式实现方式
- 有饿汉式，对应地，就有懒汉式。懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。具体的代码实现如下所示：
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己
public class Singleton {
//私有的构造函数
private Singleton() {}
//私有的静态变量
private static Singleton single=null;
//暴露的公有静态方法
public static Singleton getInstance() {
if (single == null) {
single = new Singleton();
}
return single;
}
}
- 代码分析
- 懒汉式（线程不安全）的单例模式分为三个部分：私有的构造方法，私有的全局静态变量，公有的静态方法。
- 起到重要作用的是静态修饰符static关键字，我们知道在程序中，任何变量或者代码都是在编译时由系统自动分配内存来存储的，而所谓静态就是指在编译后所分配的内存会一直存在，直到程序退出内存才会释放这个空间，因此也就保证了单例类的实例一旦创建，便不会被系统回收，除非手动设置为null。
- 优缺点
- 优点：延迟加载（需要的时候才去加载）
- 缺点：线程不安全，在多线程中很容易出现不同步的情况，如在数据库对象进行的频繁读写操作时。
- 上面这个可以看到是线程不安全的，其实还可以演变一下：
public class Singleton {
//私有的静态变量
private static Singleton instance;
//私有的构造方法
private Singleton (){}；
//公有的同步静态方法
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
- 代码分析
- 这种单例实现方式的getInstance（）方法中添加了synchronized 关键字，也就是告诉Java（JVM）getInstance是一个同步方法。
- 同步的意思是当两个并发线程访问同一个类中的这个synchronized同步方法时，一个时间内只能有一个线程得到执行，另一个线程必须等待当前线程执行完才能执行，因此同步方法使得线程安全，保证了单例只有唯一个实例。
- 优缺点
- 优点：解决了线程不安全的问题。
- 缺点：效率有点低，每次调用实例都要判断同步锁，它的缺点在于每次调用getInstance（）都进行同步，造成了不必要的同步开销。这种模式一般不建议使用。
- 不过懒汉式的缺点也很明显
- 给 getInstance() 这个方法加了一把大锁（synchronzed），导致这个函数的并发度很低。量化一下的话，并发度是 1，也就相当于串行操作了。而这个函数是在单例使用期间，一直会被调用。如果这个单例类偶尔会被用到，那这种实现方式还可以接受。但是，如果频繁地用到，那频繁加锁、释放锁及并发度低等问题，会导致性能瓶颈，这种实现方式就不可取了。
04.双重DCL校验模式
05.静态内部类方式
06.枚举方式单例
07.容器实现单例模式
- 这一种比较少见，直接上代码，如下所示：
public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();//使用HashMap作为缓存容器
private Singleton() {
}
public static void registerService(String key, Object instance) {
if (!objMap.containsKey(key) ) {
objMap.put(key, instance) ;//第一次是存入Map
}
}
public static ObjectgetService(String key) {
return objMap.get(key) ;//返回与key相对应的对象
}
}
- 代码分析
- 在程序的初始，将多种单例模式注入到一个统一的管理类中，在使用时根据key获取对应类型的对象。
5.单例模式总结
- 总结：不管以哪种形式实现单例模式，它们的核心原理是将构造函数私有化，并且通过静态公有方法获取一个唯一的实例，在这个获取的过程中必须保证线程的安全，同时也要防止反序列化导致重新生成实例对象。
- 一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现，上文中第一种方式线程不安全，排除。
- 综合考虑：
- 推荐使用4.4 DCL双重校验模式，4.5 静态内部类单例模式等等
- 一般情况下直接使用饿汉式就好了，如果明确要求要懒加载（lazy initialization）倾向于使用静态内部类。如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举的方式来实现单例。
- 单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄漏，此时要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context
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