一文带你搞懂Java单例模式

Honkers · 2022-11-6 11:39:38

在创建型设计模式中，我们第一个学习的是单例模式（Singleton Pattern），这是设计模式中最简单的模式之一。
单例是什么意思呢？
单例就是单实例的意思，即在系统全局，一个类只创建一个对象，并且在系统全局都可以访问这个对象而不用重新创建。

一、单例模式的基本写法

单例模式示例代码：

public class Singleton {
// Singleton类自己持有这个单例对象
private static Singleton instance = new Singleton();
// 构造方法设置为私有，避免在Singleton类外部创建Singleton对象
private Singleton() {}
// 提供获取单例对象的静态方法
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void hello() {
System.out.println("Hello!");
}
}

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使用：

Singleton obj = Singleton.getInstance();
obj.hello();

复制代码

分析SingleObject类的特征：

二、单例模式的作用

单例模式有什么用呢？
1. 控制对象的数量
当你编写了一个类提供给其他人调用时，对方看到是一个类，很有可能第一反应是尝试new一下。
你自己编写的类你自己是清楚如何使用的，在整个系统内这个类只需要创建一个对象就够了，但对方可能并不清楚。
这时候你可以把这个类编写为单例形式，把构造方法私有化，让对方无法通过new来创建对象，只能使用getInstance来获取。
这个模式可以帮助你有效的控制对象的数量，毕竟，有的类其内部实现复杂，如果频繁创建销毁对象，可能还是很耗费服务器资源的。
2.全局访问
单例模式的特点是单例类自己持有这个单例对象，并且提供一个静态方法可在全局获取到这个单例对象。
如果没有单例模式的情况下，我们一般是在代码A处创建这个对象，在代码B处如果也要使用这个对象，就需要将这个对象进行参数传递。为了避免传来传去，我们可能会写个Holder类，把这个对象放在Holder的成员变量中。
而单例模式的这个优点是，我们可以避免这样的困扰，直接从单例类中获取。

三、单例模式的变种

上面介绍的是单例模式的一种基本写法，实际我们还可以对其进行优化和变种。

1. 饿汉式

基本写法中，对象的创建是直接写在Singleton类的成员属性上的，因此当Singleton类被加载时，就会立即创建Singleton对象，这个写法比较简单，但我们可能并不会马上使用到这个Singleton对象，过早的创建会造成内存资源浪费。
这种一加载类就急于创建对象的写法，我们称之为饿汉式。
如果对内存资源不在意，那么其实饿汉式这个写法也就没什么大的缺点，而且写起来还简单，还是可以用的。

2. 懒汉式(线程不安全)

此变种仅是介绍，不要使用。
既然饿汉式在类加载时就创建对象会造成内存浪费，那么我们把创建对象这个步骤挪到要用时再创建不就好了？
我们要使用对象时，都是通过getInstance方法先获取对象，我们可以在getInstance方法中完成对象创建。
这种需要时再创建的写法，我们称之为懒汉式
示例代码：

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

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分析懒汉式(线程不安全)写法的特点：

饿汉式没有多线程并发问题吗？
确实没有，因为饿汉式是在类加载时进行创建对象，类加载classloader是单线程的，不存在这个问题。

3. 懒汉式(线程安全)

此变种仅是介绍，不要使用。
懒汉式(线程不安全)有可能存在并发问题，导致创建多个实例，那么我们给他加上锁不就好了吗？
示例代码：

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

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分析懒汉式写法的特点：
由于调用getInstance时如果instance为null会创建对象，如果多个线程同时调用getInstance方法，有可能出现同步问题导致创建多个实例，所以getInstance方法使用了synchronized加锁来保障并发情况下也只会创建一个实例，不过synchronized的粒度较大，如果每次请求都经过getInstance方法，性能影响较大。

4. 双检锁/双重校验锁（DCL，double-checked locking）

懒汉式(线程安全)已经可以达到节省资源的目的，也达到了线程安全的目的，但是使用synchronized加锁对性能有较大影响，双检锁的方式，则是把锁的粒度尽可能降低，减少加锁对性能的影响。
示例代码：

public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton () {}
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}

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分析双检锁的写法：

双检锁这个方式，既可以保障不浪费资源，又可以保障在多线程的环境下保持高性能。
如果大家自行编写单例类，追求节约资源和高性能，可以使用这种写法，但据《Java并发编程实践》提到不赞成这个写法，推荐静态内部类的方式（这一点我尚未验证）。

5. 静态内部类

这个变种，可以达到和双检锁一样的效果，并且写起来更加简单，推荐使用。

public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton () {}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}

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分析一下静态内部类的特点：
将instance放在了内部类SingletonHolder中，前面我们提到饿汉式是类加载时就会立即创建对象，而静态内部类不会，它只会在调用了getInstance时，才会加载内部类SingletonHolder，此时才会创建对象。

6. 枚举

这个方式，这里仅是从网上摘抄，据说是很好，但是没有试过，工作中也很少见。
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。

public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}

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7. 登记式

如果熟悉我们封装的工具包Toolbox，就会知道工具包内提供了一个登记式单例工具类Singleton。
单例模式是一种非常常用的设计模式，但以上介绍的各种方法，都需要为每个单例类编写一些模板式的代码，为了简化，我们可以使用Singleton工具类。

// 获取单例对象
// Student类必须要具备无参构造方法
// 每个类在一个进程中只能获得一个单例对象
Student student = Singleton.get(Student.class);
// 移除单例对象
Singleton.remove(Student.class);
// 清空所有单例对象
Singleton.clear();
// 单例对象数量
int size = Singleton.size();

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其实他就是很像是spring容器。
Singleton.java:

/**
* 单例工具
* @author Unicorn
*/
public final class Singleton {
/**
* 对象池
*/
private static Map<String, Object> pool = new ConcurrentHashMap();
private Singleton() {}
public static <T> T get(Class<T> clazz) {
Assert.notNull(clazz);
String key = clazz.getName();
T obj = (T) pool.get(key);
if (null == obj) {
synchronized(Singleton.class) {
obj = (T) pool.get(key);
if (null == obj) {
obj = ReflectUtil.newInstance(clazz);
pool.put(key, obj);
}
}
}
return obj;
}
/**
* 移除对象
* @param clazz
*/
public static void remove(Class clazz) {
if (null != clazz) {
String key = clazz.getName();
pool.remove(key);
}
}
/**
* 销毁，清空对象池
*/
public static void clear() {
pool.clear();
}
public static int size() {
return pool.size();
}
}

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8. Spring容器

spring容器核心机制是IoC和DI，其本身也提供了单例对象的支持。
到此这篇关于一文带你搞懂Java单例模式的文章就介绍到这了,更多相关Java单例模式内容请搜索中国红客联盟以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持中国红客联盟！

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