Java设计模式之单利模式(Singleton)

2019-11-17 来源: brucegan 发布在  https://www.cnblogs.com/ganbo/p/11877440.html

单利模式的应用场景:

  单利模式(Singleton Pattern)是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例。并提供一个全局反访问点。单利模式是创建型模式。单利模式在生活中应用也很广泛,比如公司CEO只有一个,部门经理只有一个等。JAVA中ServletCOntext,ServetContextCOnfig等,还有spring中ApplicationContext应用上下文对象,SessionFactory,数据库连接池对象等。使用单利模式可以将其常驻于内存,可以节约更多资源。

写法:

  1:懒汉模式(线程不安全)

/**
 * 线程不安全的懒汉式单利模式
 *
 * Created by gan on 2019/11/17 17:33.
 */
public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    //构造方法私有化
    private LazySingleton() {
    }

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

  上面的代码,提供一个静态对象instance,构造函数私有化防止外部创建对象,提供一个静态的getInstance方法来给访问者一个单利对象。这种写法的缺点就是没有考虑到线程安全问题,当多个访问者同时访问的时候很有可能创建多个对象。之所以叫懒汉式,是因为这种写法是使用的时候才创建,起到了懒加载Lazy loading的作用,实际开发中不建议采用这种写法。

  2:线程安全的懒汉式(加锁)

/**
 * 线程安全的懒汉式单利模式
 *
 * Created by gan on 2019/11/17 17:33.
 */
public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    //构造方法私有化
    private LazySingleton() {
    }

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

  这种写法就是在第一种的基础上添加了synchronized关键字保证了线程安全。这种写法在并发高的时候虽然保证了线程安全,但是效率很低,高并发的时候所有访问的线程都要排队等待,所以实际开发中也不建议采用。

  3:恶汉式(线程安全)

/**
 * 饿汉式(线程安全)
 * Created by gan on 2019/10/28 22:52.
 */
public class HungrySigleton {

    public static final  HungrySigleton  instance = new HungrySigleton();

    private HungrySigleton(){}

    public static HungrySigleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

  直接在运行(加载)这个类的时候创建了对象,之后直接访问。显然这种方式没有起到Lazy loading的效果。但是是线程安全的,实际开发中还是比较常用。

  4:静态内部类(线程安全)

/**
 * 静态内部类方式
 * Created by gan on 2019/11/17 17:46.
 */
public class StaticInnerClassSingleton {

    //构造方法私有化
    private StaticInnerClassSingleton() {}

    //内部类
    private static class HolderInnerClass {
        //需要提供单利对象的外部类作为静态属性加载的时候就初始化
        private static StaticInnerClassSingleton instance = new StaticInnerClassSingleton();
    }

    //对外暴漏访问点
    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return HolderInnerClass.instance;
    }
}

  这种内部类跟饿汉式单利有很多相似的地方,相比饿汉式单利模式的区别也是好处在于:静态内部类不在单利类加载时就加载,而是在调用getInstance()方法的时候才进行加载,达到了类似于懒汉式的效果,而且这种方法又是线程安全的。实际开发中也建议采用。

  5:枚举方法单利(线程安全)

/**
 * 枚举单利模式
 * Created by gan on 2019/11/17 17:57.
 */
public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void otherMetthod() {
        System.out.println("需要单利对象调用的方法。。。");
    }
}

  Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式,好处有如下:

  1:自由串行化。

  2:保证了一个实例

  3:线程安全

  这种方式防止了单利模式被破坏,而且简洁写法简单,而且绝对的线程安全,但是有个缺点就是不能继承。

  6:双重检查法(通常线程安全,低概率不安全)

/**
 * Double check
 * Created by gan on 2019/11/17 18:03.
 */
public class DoubleCheckSingleton {
    private static DoubleCheckSingleton instance;

    private DoubleCheckSingleton() {}

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

  上面的这种写法在并发极高的时候也可能会出现问题(当然这种概率非常小,但是毕竟还是有的嘛),解决的方案就是给instance的声明加上volatile关键字即可。于是就出现了下面第7总写法。

  7:Double check(volatile)

/**
 * Double check volatile
 * Created by gan on 2019/11/17 18:03.
 */
public class DoubleCheckSingleton {
    private volatile static DoubleCheckSingleton instance;

    private DoubleCheckSingleton() {}

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

volatile关键字的其中一个作用就是禁止指令重排序,把instance声明volatile后,对它的操作就会有一个内存屏障(什么是内存屏障?),这样在赋值完成之前,就不会调用读操作。这里具体的原因网上也是众说纷纭,这里不进行具体阐述。

  8:ThreadLocal实现单利模式(线程安全)

/**
 * ThreadLocal实现单利模式
 * Created by gan on 2019/11/17 18:17.
 */
public class ThreadLocalSingleton {

    private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocal = new ThreadLocal() {
        @Override
        protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
            return new ThreadLocalSingleton();
        }
    };

    private ThreadLocalSingleton(){}

    public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
        return threadLocal.get();
    }
}

  ThreadLocal会为每个线程提供一个独立的变量副本,从而隔离了多个线程堆数据的访问冲突。对于多线程资源共享问题,同步机制采用了“以时间换空间”的方式,而ThreadLocal则采用了“以空间换时间”的方式(主要就是避免了加锁排队)。 前者提供一份变量,让不同的线程排队访问,而后者为每一个线程提供了一份变量,因此可以同时访问而互不影响。但是实际是创建了多个单利对象的。

单利模式的破坏:

  1:序列化破坏

    一个对象创建好以后,有时候需要将对象序列化然后写入磁盘。下次在从磁盘中读取并反序列化,将其转化为内存对象。反序列化后的对象会重新分配内存,即创建型的对象。这样就违背了单利模式的初衷。解决这种方式的方法就是在单利类中新增一个 private Object readResolve();方法即可,具体原因可以看看序列化和反序列化的源码。

  2:反射

    通过反射“暴力破解”也能破坏单利模式,具体暂时不阐述。

  3:克隆

    克隆也会破坏单利模式,具体暂时不阐述。

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