java設計模式之單例模式(七種方法)

單例模式：個人認為這個是最簡單的一種設計模式，而且也是在我們開發中最常用的一個設計模式。

單例模式的意思就是只有一個實例。單例模式確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統提供這個實例。這個類稱為單例類。我們前面學習的很多類都是單例的。比如最典型的就是Servlet類！Servlet類被設計成單例，被所有線程共享！

Java Singleton模式為我們提供了這樣實現的可能。使用Singleton的好處還在于可以節省內存，因為它限制了實例的個數，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

?單例模式也是一種比較常見的設計模式，它到底能帶給我們什么好處呢？其實無非是三個方面的作用：

??????? ?1、控制資源的使用，通過線程同步來控制資源的并發訪問；

???? 2、控制實例產生的數量，達到節約資源的目的。

?????3、作為通信媒介使用，也就是數據共享，它可以在不建立直接關聯的條件下，讓多個不相關的兩個線程或者進程之間實現通信。

?

緩存、日志、創建比較耗時的往往可以設計成單例

?

單例模式主要點

　　1、私有的靜態屬性

　　2、私有的構造方法

　　3、公共的創建接口

?

第一種（懶漢，線程不安全）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?static?Singleton?instance;??
  3. ????private?Singleton?(){}??
  4. ??
  5. ????public?static?Singleton?getInstance()?{??
  6. ????if?(instance?==?null)?{??
  7. ????????instance?=?new?Singleton();??
  8. ????}??
  9. ????return?instance;??
  10. ????}??
  11. }??

?

?這種寫法lazy loading很明顯，但是致命的是在多線程不能正常工作。

第二種（懶漢，線程安全）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?static?Singleton?instance;??
  3. ????private?Singleton?(){}??
  4. ????public?static?synchronized?Singleton?getInstance()?{??
  5. ????if?(instance?==?null)?{??
  6. ????????instance?=?new?Singleton();??
  7. ????}??
  8. ????return?instance;??
  9. ????}??
  10. }??

?

?這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的lazy loading，但是，遺憾的是，效率很低，99%情況下不需要同步。

第三種（餓漢）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?static?Singleton?instance?=?new?Singleton();??
  3. ????private?Singleton?(){}??
  4. ????public?static?Singleton?getInstance()?{??
  5. ????return?instance;??
  6. ????}??
  7. }??

?

?這種方式基于classloder機制避免了多線程的同步問題，不過，instance在類裝載時就實例化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是調用getInstance方法，?但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化instance顯然沒有達到lazy loading的效果。

第四種（餓漢，變種）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?Singleton?instance?=?null;??
  3. ????static?{??
  4. ????instance?=?new?Singleton();??
  5. ????}??
  6. ????private?Singleton?(){}??
  7. ????public?static?Singleton?getInstance()?{??
  8. ????return?this.instance;??
  9. ????}??
  10. }??

?

?表面上看起來差別挺大，其實更第三種方式差不多，都是在類初始化即實例化instance。

第五種（靜態內部類）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?static?class?SingletonHolder?{??
  3. ????private?static?final?Singleton?INSTANCE?=?new?Singleton();??
  4. ????}??
  5. ????private?Singleton?(){}??
  6. ????public?static?final?Singleton?getInstance()?{??
  7. ????return?SingletonHolder.INSTANCE;??
  8. ????}??
  9. }??

?

這種方式同樣利用了classloder的機制來保證初始化instance時只有一個線程，它跟第三種和第四種方式不同的是（很細微的差別）：第三種和第四種方式是只要Singleton類被裝載了，那么instance就會被實例化（沒有達到lazy loading效果），而這種方式是Singleton類被裝載了，instance不一定被初始化。因為SingletonHolder類沒有被主動使用，只有顯示通過調用getInstance方法時，才會顯示裝載SingletonHolder類，從而實例化instance。想象一下，如果實例化instance很消耗資源，我想讓他延遲加載，另外一方面，我不希望在Singleton類加載時就實例化，因為我不能確保Singleton類還可能在其他的地方被主動使用從而被加載，那么這個時候實例化instance顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第三和第四種方式就顯得很合理。

第六種（枚舉）：

?

Java代碼??
  1. public?enum?Singleton?{??
  2. ????INSTANCE;??
  3. ????public?void?whateverMethod()?{??
  4. ????}??
  5. }??

?

?這種方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創建新的對象，可謂是很堅強的壁壘啊，不過，個人認為由于1.5中才加入enum特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，我也很少看見有人這么寫過。

第七種（雙重校驗鎖）：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?{??
  2. ????private?volatile?static?Singleton?singleton;??
  3. ????private?Singleton?(){}??
  4. ????public?static?Singleton?getSingleton()?{??
  5. ????if?(singleton?==?null)?{??
  6. ????????synchronized?(Singleton.class)?{??
  7. ????????if?(singleton?==?null)?{??
  8. ????????????singleton?=?new?Singleton();??
  9. ????????}??
  10. ????????}??
  11. ????}??
  12. ????return?singleton;??
  13. ????}??
  14. }??

?

?這個是第二種方式的升級版，俗稱雙重檢查鎖定，詳細介紹請查看：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html

在JDK1.5之后，雙重檢查鎖定才能夠正常達到單例效果。

?

總結

有兩個問題需要注意：

1.如果單例由不同的類裝載器裝入，那便有可能存在多個單例類的實例。假定不是遠端存取，例如一些servlet容器對每個servlet使用完全不同的類裝載器，這樣的話如果有兩個servlet訪問一個單例類，它們就都會有各自的實例。

2.如果Singleton實現了java.io.Serializable接口，那么這個類的實例就可能被序列化和復原。不管怎樣，如果你序列化一個單例類的對象，接下來復原多個那個對象，那你就會有多個單例類的實例。

對第一個問題修復的辦法是：

?

Java代碼??
  1. private?static?Class?getClass(String?classname)??????
  2. ?????????????????????????????????????????throws?ClassNotFoundException?{?????
  3. ??????ClassLoader?classLoader?=?Thread.currentThread().getContextClassLoader();?????
  4. ??????
  5. ??????if(classLoader?==?null)?????
  6. ?????????classLoader?=?Singleton.class.getClassLoader();?????
  7. ??????
  8. ??????return?(classLoader.loadClass(classname));?????
  9. ???}?????
  10. }??

?對第二個問題修復的辦法是：

?

Java代碼??
  1. public?class?Singleton?implements?java.io.Serializable?{?????
  2. ???public?static?Singleton?INSTANCE?=?new?Singleton();?????
  3. ??????
  4. ???protected?Singleton()?{?????
  5. ????????
  6. ???}?????
  7. ???private?Object?readResolve()?{?????
  8. ????????????return?INSTANCE;?????
  9. ??????}????
  10. }???

?

對我來說，我比較喜歡第三種和第五種方式，簡單易懂，而且在JVM層實現了線程安全（如果不是多個類加載器環境），一般的情況下，我會使用第三種方式，只有在要明確實現lazy loading效果時才會使用第五種方式，另外，如果涉及到反序列化創建對象時我會試著使用枚舉的方式來實現單例，不過，我一直會保證我的程序是線程安全的，而且我永遠不會使用第一種和第二種方式，如果有其他特殊的需求，我可能會使用第七種方式，畢竟，JDK1.5已經沒有雙重檢查鎖定的問題了。

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