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單例模式詳解

關鍵代碼:構造函數是私有的。

優點: 1、在內存裡只有一個實例,減少了內存的開銷,尤其是頻繁的創建和銷毀實例(比如管理學院首頁頁面緩存)。 2、避免對資源的多重占用(比如寫文件操作)。

缺點:沒有接口,不能繼承,與單一職責原則沖突,一個類應該只關心內部邏輯,而不關心外面怎麼樣來實例化。

單例模式的幾種實現方式

單例模式的實現有多種方式,如下所示:

1、懶漢式,線程不安全

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:

描述:這種方式是最基本的實現方式,這種實現最大的問題就是不支持多線程。因為沒有加鎖 synchronized,所以嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯,不要求線程安全,在多線程不能正常工作。

代碼實例:

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

接下來介紹的幾種實現方式都支持多線程,但是在性能上有所差異。

2、懶漢式,線程安全

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:

描述:這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。
優點:第一次調用才初始化,避免內存浪費。
缺點:必須加鎖 synchronized 才能保證單例,但加鎖會影響效率。
getInstance() 的性能對應用程序不是很關鍵(該方法使用不太頻繁)。

代碼實例:

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

3、餓漢式

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:

描述:這種方式比較常用,但容易產生垃圾對象。
優點:沒有加鎖,執行效率會提高。
缺點:類加載時就初始化,浪費內存。
它基於 classloder 機制避免了多線程的同步問題,不過,instance 在類裝載時就實例化,雖然導致類裝載的原因有很多種,在單例模式中大多數都是調用 getInstance 方法, 但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態方法)導致類裝載,這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。

代碼實例:

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

4、雙檢鎖/雙重校驗鎖(DCL,即 double-checked locking)

JDK 版本:JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:較復雜

描述:這種方式采用雙鎖機制,安全且在多線程情況下能保持高性能。
getInstance() 的性能對應用程序很關鍵。

代碼實例:

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}  

5、登記式/靜態內部類

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:一般

描述:這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效,但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化,應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況,雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。
這種方式同樣利用了 classloder 機制來保證初始化 instance 時只有一個線程,它跟第 3 種方式不同的是:第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了,那麼 instance 就會被實例化(沒有達到 lazy loading 效果),而這種方式是 Singleton 類被裝載了,instance 不一定被初始化。因為 SingletonHolder 類沒有被主動使用,只有顯示通過調用 getInstance 方法時,才會顯示裝載 SingletonHolder 類,從而實例化 instance。想象一下,如果實例化 instance 很消耗資源,所以想讓它延遲加載,另外一方面,又不希望在 Singleton 類加載時就實例化,因為不能確保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動使用從而被加載,那麼這個時候實例化 instance 顯然是不合適的。這個時候,這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理。

代碼實例:

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
    return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}   

6、枚舉

JDK 版本:JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化:

是否多線程安全:

實現難度:

描述:這種實現方式還沒有被廣泛采用,但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔,自動支持序列化機制,絕對防止多次實例化。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不僅能避免多線程同步問題,而且還自動支持序列化機制,防止反序列化重新創建新的對象,絕對防止多次實例化。不過,由於 JDK1.5 之後才加入 enum 特性,用這種方式寫不免讓人感覺生疏,在實際工作中,也很少用。
不能通過 reflection attack 來調用私有構造方法。

代碼實例:

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}  

使用經驗:一般情況下,不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式,建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時,才會使用第 5 種登記方式。如果涉及到反序列化創建對象時,可以嘗試使用第 6 種枚舉方式。如果有其他特殊的需求,可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。

 

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