分析java中全面的單例模式多種實現方式

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一、單例模式的思想

想整理一些 java 並發相關的知識，不知道從哪開始，想起瞭單例模式中要考慮的線程安全，就從單例模式開始吧。以前寫過單例模式，這裡再重新匯總補充整理一下，單例模式的多種實現。

單例模式的主要思想是：

  • 將構造方法私有化（ 聲明為 private ），這樣外界不能隨意 new 出新的實例對象；
  • 聲明一個私有的靜態的實例對象，供外界使用；
  • 提供一個公開的方法，讓外界獲得該類的實例對象

這種說法看上去沒錯，但也好像不太準確。其實，就算外界能隨意 new 出新的實例對象，但隻要我們保證我們每次使用的對象是唯一的，就可以。

二、單例模式的 N 種實現方式

2.1、餓漢式（線程安全，可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺點： 類一加載的時候，就實例化，提前占用瞭系統資源。

2.2、常量式（線程安全，可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static final Singleton sSingleton = new Singleton();
}

將實例對象用 public static final 修飾，不提供公開方法獲取實例，直接通過 Singleton.sSingleton 獲取。

  • 缺點：與餓漢式一樣，類一加載的時候，就實例化，提前占用瞭系統資源。

2.3、懶漢式（線程不安全，並發場景不可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺點：第一次第一次加載時反應稍慢，線程不安全。

2.4、同步的懶漢式？（線程安全，可用，不建議使用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺點：第一次加載時反應稍慢，每次調用 getInstance 都進行同步，造成不必要的同步開銷，這種模式一般不建議使用。

2.5、雙重檢查鎖 DCL (線程安全，大多數場景滿足需求，推薦使用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    /**
     * volatile is since JDK5
     */
    private static volatile Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 未初始化，則初始instance變量
                if (sSingleton == null) {
                    sSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sSingleton;
    }
}

sSingleton = new Singleton() 不是一個原子操作。（XXX）故須加 volatile 關鍵字修飾，該關鍵字在 jdk1.5 之後版本才有。

  • 優點：資源利用率高，第一次執行getInstance時單例對象才會被實例化，效率高。
  • 缺點：第一次加載時反應稍慢，也由於Java內存模型的原因偶爾會失敗。在高並發環境下也有一定的缺陷，雖然發生的概率很小。DCL模式是使用最多的單例實現方式，它能夠在需要時才實例化單例對象，並且能夠在絕大多數場景下保證單例對象的唯一性，除非你的代碼在並發場景比較復雜或者低於jdk1.6版本下使用，否則這種方式一般能夠滿足需求。

2.6、靜態內部類（線程安全，推薦使用）

public class Singleton {

    private Singleton () {
    }

    private static class InnerClassSingleton {
　　　　 private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

優點：推薦使用。

2.7、枚舉單例（線程安全，不建議使用）

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    
    // 其它方法
    public void doSomething(){
        ...
    }
}
  • 優點：枚舉實現單例很簡單，也很安全。
  • 缺點：經驗豐富的 Android 開發人員都會盡量避免使用枚舉。官方文檔有說明：相比於靜態常量Enum會花費兩倍以上的內存。

2.8、另類實現——利用容器實現單例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Singleton {
    private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();

    private Singleton() {
    }

    public static void registerService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

利用瞭 HashMap 容器 key 不可重復的特性。

  • 優點：這種實現方式使得我們可以管理多種類型的單例，並且在使用時可以通過統一接口進行獲取操作，降低用戶使用成本，也對用戶隱藏瞭具體實現，降低耦合度。
  • 缺點：沒有私有化構造方法，用戶可以 new 出新的實例對象。

2.9、防止反射破壞單例

前面的多種實現方法中，很多我們按照構造方法私有化的思想來實現的，我們知道，利用反射，仍然可以創建出新對象，這樣在反射場景中，這種思想實現的單例模式就失效瞭，那麼如何防止反射破壞單例模式呢？原理上就是在存在一個實例的情況下，再次調用構造方法時，拋出異常。下面以靜態內部類的單例模式為例：

public class Singleton {
    private static boolean flag = false;  
  
    private Singleton(){  
        synchronized(Singleton.class)  
        {  
            if(flag == false)  
            {  
                flag = !flag;  
            }  
            else  
            {  
                throw new RuntimeException("單例模式被侵犯！");  
            }  
        }  
    }  

    private static class InnerClassSingleton {
　　　　 private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

2.10、防止序列化和反序列化破壞單例

通過序列化可以講一個對象實例寫入到磁盤中，通過反序列化再讀取回來的時候，即便構造方法是私有的，也依然可以通過特殊的途徑，創建出一個新的實例，相當於調用瞭該類的構造函數。要避免這個問題，我們需要在代碼中加入如下方法,讓其在反序列化過程中執行 readResolve 方法時返回 sSingleton 對象。

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
    return sSingleton;
}

三、結語

有沒有一種方式實現的單例模式在任何情況下都是一個單例呢？

有。就是上面說的枚舉單例。枚舉，就能保證在任何情況下都是單例的，並且是線程安全的。

以上就是分析java中全面的單例模式多種實現方式的詳細內容，更多關於java單例模式實現方式的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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