淺析Java單例設計模式(自寫demo)

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單例模式特點

1、構造器私有

2、在一個Java應用程序中，可保證隻有一個實例對象

3、隻提供一個供外界調用的getInstance()方法

單例模式優點

1、減少某些對象的頻繁創建，降低系統開銷和內存占用

2、外部調用不使用new關鍵字，降低系統內存的使用頻率

3、對於特殊的類，在系統中隻能存在一個實例，否則系統無法正常運行，比如Controller

實現方式

這裡簡單介紹兩種實現方式

餓漢式（線程安全）

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:07
 * @description: 單例模式（餓漢式）
 **/
public class Singleton {
    //創建實例
    private static Singleton instance = new Singleton();
 
    //私有構造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
 
}

實例對象在類被加載的時候就已經完成初始化，外界調用拿到的都是這個唯一的實例對象

懶漢式

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static Singleton getInstance(){
        //如果是首次調用，實例對象還沒有被創建，就需要創建，否則都是返回已經創建過的那個對象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

對比餓漢式可見，實例對象在類被加載的時候並沒有進行創建，在首次調用的時候才被創建，以後再被調用，返回的也是那個唯一的實例對象。

在多線程情況下，這種寫法存在線程安全問題，比如：線程A在執行完if判斷條件後進入阻塞狀態，此時並沒有進行對象創建，此時線程B來瞭，在執行完if條件後直接進行對象創建，等線程A恢復運行狀態後也會進行對象創建，這個時候就不符合單例模式瞭，即出現瞭線程不安全的問題。

解決方案：在獲取實例的靜態方法上加synchronized關鍵字，即加鎖

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果是首次調用，實例對象還沒有被創建，就需要創建，否則都是返回已經創建過的那個對象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

簡單粗暴，可達到我們的目的，但是每次獲取實例對象都要有加鎖操作，影響系統性能。

改進後的方案：雙重檢查

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次檢查
        if (instance == null){
            //獲取鎖
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次檢查
                if (instance==null){
                    //兩次檢查都確定沒有已存在的實例對象，這才進行對象的創建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            
        }
        return instance;
    }
 
}

這樣不必每次獲取實例對象的時候都進行加鎖操作，隻有在第一次創建對象的時候才進行加鎖操作，提高瞭系統性能。

但是，即使這樣有可能會出現。因為 instance = new Singleton()這行代碼在JVM中是兩個操作，賦值和初始化實例，但JVM並不保證這兩個操作的順序，有可能JVM給新對象分配瞭空間，直接賦值給instance變量，然後才去做初始化實例操作。比如下面這種情況

1，A，B兩個線程都進入第一個if條件

2，A線程先搶到鎖進入到synchronized代碼塊，執行瞭instance = new Singleton()這行代碼，然後釋放鎖，此時有可能JVM隻給實例對象分配瞭空白的內存空間，並沒有執行初始化操作

3，B線程搶到鎖，進入到synchronized代碼塊，第二次判斷的時候發現instance不是null，直接返回使用卻發現得到的對象還沒有被初始化，於是出現瞭問題。

再次改進：使用volatile關鍵字修飾聲明的成員變量instance

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明變量,被volatile修飾
    private volatile static Singleton instance;
 
    //私有構造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次檢查
        if (instance == null){
            //獲取鎖
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次檢查
                if (instance==null){
                    //兩次檢查都確定沒有已存在的實例對象，這才進行對象的創建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
 
        }
        return instance;
    }
 
}

volatile關鍵字作用：通過volatile修飾的變量，不會被線程本地緩存，所有線程對該對象的讀寫都會第一時間同步到主內存，從而保證多個線程間該對象的準確性。

這個寫法已經比較完美瞭，既能保證安全的創建出唯一實例，又不會對系統性能有太大影響。

不過，還有更優的寫法：靜態內部類實現

​
/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:17
 * @description: 單例模式
 **/
public class Singleton {
 
    //私有構造器
    private Singleton() {
    }
 
    //靜態內部類聲明實例
    private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
 
    //獲取實例的靜態方法
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }
    
}
 
​

使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制能夠保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getInstance()方法的時候，JVM能夠保證創建出唯一的實例對象，並且這個實例對象是已經被初始化完成的，就解決瞭上面的線程安全問題

最後一種實現單例的寫法也很完美，代碼最簡潔

通過枚舉

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:33
 * @description: 單例模式
 **/
public enum Singleton {
 
    //代表一個Singleton實例
    INSTANCE;
}

通過枚舉來實現單實例代碼更加簡潔，而且JVM從根本上保證實例對象的唯一性，是更簡潔、高效、安全的實現單例的方式 

以上就是淺析Java單例設計模式(自寫demo)的詳細內容，更多關於Java單例模式的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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