原创

设计模式:单例模式 (关于饿汉式和懒汉式)

定义

单例模式是比较常见的一种设计模式,目的是保证一个类只能有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,避免频繁创建对象,节约内存。

单例模式的应用场景很多,

比如我们电脑的操作系统的回收站就是一个很好的单例模式应用,电脑上的文件、视频、音乐等被删除后都会进入到回收站中;还有计算机中的打印机也是采用单例模式设计的,一个系统中可以存在多个打印任务,但是只能有一个正在工作的任务;Web页面的计数器也是用单例模式实现的,可以不用把每次刷新都记录到数据库中。

通过回味这些应用场景,我们对单例模式的核心思想也就有了更清晰的认识,下面就开始用代码来实现。

在写单例模式的代码之前,我们先简单了解一下两个知识点,关于类的加载顺序和static关键字。
类加载顺序

类加载(classLoader)机制一般遵从下面的加载顺序

如果类还没有被加载:

先执行父类的静态代码块和静态变量初始化,静态代码块和静态变量的执行顺序跟代码中出现的顺序有关。
执行子类的静态代码块和静态变量初始化。
执行父类的实例变量初始化
执行父类的构造函数
执行子类的实例变量初始化
执行子类的构造函数

同时,加载类的过程是线程私有的,别的线程无法进入。

如果类已经被加载:

静态代码块和静态变量不在重复执行,再创建类对象时,只执行与实例相关的变量初始化和构造方法。
static关键字

一个类中如果有成员变量或者方法被static关键字修饰,那么该成员变量或方法将独立于该类的任何对象。它不依赖类特定的实例,被类的所有实例共享,只要这个类被加载,该成员变量或方法就可以通过类名去进行访问,它的作用用一句话来描述就是,不用创建对象就可以调用方法或者变量,这简直就是为单例模式的代码实现量身打造的。

下面将列举几种单例模式的实现方式,其关键方法都是用static修饰的,并且,为了避免单例的类被频繁创建对象,我们可以用private的构造函数来确保单例类无法被外部实例化。
懒汉和饿汉

在程序编写上,一般将单例模式分为两种,分别是饿汉式和懒汉式,

饿汉式:在类加载时就完成了初始化,所以类加载比较慢,但获取对象的速度快。

懒汉式:在类加载时不初始化,等到第一次被使用时才初始化。
代码实现

1、饿汉式 (可用)

public class Singleton {

private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

private Singleton(){}

public static Singleton getInstance(){
    return INSTANCE;
}

}

这是比较常见的写法,在类加载的时候就完成了实例化,避免了多线程的同步问题。当然缺点也是有的,因为类加载时就实例化了,没有达到Lazy Loading (懒加载) 的效果,如果该实例没被使用,内存就浪费了。

2、普通的懒汉式 (线程不安全,不可用)

public class Singleton {

private static Singleton instance = null;

private Singleton() {
}

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

}

这是懒汉式中最简单的一种写法,只有在方法第一次被访问时才会实例化,达到了懒加载的效果。但是这种写法有个致命的问题,就是多线程的安全问题。假设对象还没被实例化,然后有两个线程同时访问,那么就可能出现多次实例化的结果,所以这种写法不可采用。

3、同步方法的懒汉式 (可用)

public class Singleton {

private static Singleton instance = null;

private Singleton() {
}

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

}

这种写法是对getInstance()加了锁的处理,保证了同一时刻只能有一个线程访问并获得实例,但是缺点也很明显,因为synchronized是修饰整个方法,每个线程访问都要进行同步,而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,每次都同步方法显然效率低下,为了改进这种写法,就有了下面的双重检查懒汉式。

4、双重检查懒汉式 (可用,推荐)

public class Singleton {

private static volatile Singleton instance;

private Singleton() {}

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

}

这种写法用了两个if判断,也就是Double-Check,并且同步的不是方法,而是代码块,效率较高,是对第三种写法的改进。为什么要做两次判断呢?这是为了线程安全考虑,还是那个场景,对象还没实例化,两个线程A和B同时访问静态方法并同时运行到第一个if判断语句,这时线程A先进入同步代码块中实例化对象,结束之后线程B也进入同步代码块,如果没有第二个if判断语句,那么线程B也同样会执行实例化对象的操作了。

5、静态内部类 (可用,推荐)

public class Singleton {

private Singleton() {}

private static class SingletonInstance {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance() {
    return SingletonInstance.INSTANCE;
}

}

这是很多开发者推荐的一种写法,这种静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完成对象的实例化。

同时,因为类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,也就保证了SingletonInstance中的对象只会被实例化一次,并且这个过程也是线程安全的。

6、枚举 (可用、推荐)

public enum Singleton {
INSTANCE;
}

这种写法在《Effective JAVA》中大为推崇,它可以解决两个问题:

1)线程安全问题。因为Java虚拟机在加载枚举类的时候会使用ClassLoader的方法,这个方法使用了同步代码块来保证线程安全。

2)避免反序列化破坏对象,因为枚举的反序列化并不通过反射实现。

好了,单例模式的几种写法就介绍到这了,最后简单总结一下单例模式的优缺点
单例模式的优缺点
优点

单例类只有一个实例,节省了内存资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能;

单例模式可以在系统设置全局的访问点,优化和共享数据,例如前面说的Web应用的页面计数器就可以用单例模式实现计数值的保存。
缺点

单例模式一般没有接口,扩展的话除了修改代码基本上没有其他途径。

原文链接:https://blog.csdn.net/yeyazhishang/article/details/90445330

正文到此结束
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