单例模式
单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。
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。
注意:
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单例类只能有一个实例。
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单例类必须自己创建自己的唯一实例。
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单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
介绍
意图: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。
主要解决:一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
如何解决:判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。
关键代码:构造函数是私有的。
应用实例: 比如Hibernate的SessionFactory,他充当数据存储源的代理,并负责创建Session对象。SessionFactory并不是轻量级的,一般情况下,一个项目通常只需要一个SessionFactory就够,这时就会使用到单例模式
使用场景: 1、要求生产唯一序列号。 2、WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。
单例模式的几种实现方式
1、饿汉式(静态常量)
代码实例:
public class SingletonDemo1 {
private final static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
private SingletonDemo1(){}
public static SingletonDemo1 getInstance(){
return instance;
}
}
是否 Lazy 初始化:否
是否多线程安全:是
实现难度:易
描述: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 lazy loading 的效果。
2、饿汉式(静态代码块)
代码实例:
public class SingletonDemo {
private final static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){}
static{
instance = new SingletonDemo();
}
public static SingletonDemo getInstance(){
return instance;
}
}
分析同第一种
3、懒汉式(线程不安全)
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
}
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance == null){
instance = new SingletonDemo();
}
return instance;
}
}
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:否
实现难度:易
描述: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。
4、懒汉式(同步方法)
public class SingletonDemo4 {
private static SingletonDemo4 instance;
private SingletonDemo4(){
}
public static synchronized SingletonDemo4 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new SingletonDemo4();
}
return instance;
}
}
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:是
实现难度:易
描述:这种方式具备很好的 lazy loading,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)。
5、懒汉式(同步代码块)
public class SingletonDemo5 {
private static SingletonDemo5 instance;
private SingletonDemo5(){
}
public static SingletonDemo5 getInstance(){
if(instance == null){
synchronized(SingletonDemo5.class){
instance = new SingletonDemo5();
}
}
return instance;
}
}
6、双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)
public class SingletonDemo6 {
private static SingletonDemo6 instance;
private SingletonDemo6(){
}
public static SingletonDemo6 getInstance(){
if(instance == null){
synchronized(SingletonDemo6.class){
if(instance == null){
instance = new SingletonDemo6();
}
}
}
return instance;
}
}
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:是
实现难度:较复杂
描述: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。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。
7、登记式/静态内部类
public class SingletonDemo7 {
private SingletonDemo7(){
}
private static class SingletonInstance {
private static final SingletonDemo7 INSTANCE = new SingletonDemo7();
}
public static synchronized SingletonDemo7 getInstance(){
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:是
实现难度:一般
描述: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,它跟第 3 种方式不同的是:第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果),而这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 SingletonInstance 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 SingletonInstance 类,从而实例化 instance。想象一下,如果实例化 instance 很消耗资源,所以想让它延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。
8、枚举
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
是否 Lazy 初始化:否
是否多线程安全:是
实现难度:易
描述:这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。