Java单例模式

Contents

1. 1. 什么是单例模式
2. 2. 特点
3. 3. 单例模式VS静态类
4. 4. 单例模式的实现
   1. 4.1. 1. 懒汉模式（线程不安全）
   2. 4.2. 2. 懒汉模式二 （线程安全）
   3. 4.3. 3. 饿汉模式
   4. 4.4. 4. 静态类内部加载
   5. 4.5. 5. 枚举方法
   6. 4.6. 6. 双重校验锁法

什么是单例模式

因程序需要，有时我们只需要某个类同时保留一个对象，不希望有更多对象，此时，我们则应考虑单例模式的设计。

特点

1. 单例模式只能有一个实例。
2. 单例类必须创建自己的唯一实例。
3. 单例类必须向其他对象提供这一实例。

单例模式VS静态类

在知道了什么是单例模式后，我想你一定会想到静态类，“既然只使用一个对象，为何不干脆使用静态类？”，这里我会将单例模式和静态类进行一个比较。

1. 单例可以继承和被继承，方法可以被override，而静态方法不可以。
2. 静态方法中产生的对象会在执行后被释放，进而被GC清理，不会一直存在于内存中。
3. 静态类会在第一次运行时初始化，单例模式可以有其他的选择，即可以延迟加载。
4. 基于2， 3条，由于单例对象往往存在于DAO层（例如sessionFactory），如果反复的初始化和释放，则会占用很多资源，而使用单例模式将其常驻于内存可以更加节约资源。
5. 静态方法有更高的访问效率。
6. 单例模式很容易被测试。

几个关于静态类的误解：

• 误解一：静态方法常驻内存而实例方法不是。

实际上，特殊编写的实例方法可以常驻内存，而静态方法需要不断初始化和释放。

• 误解二：静态方法在堆(heap)上，实例方法在栈(stack)上。

实际上，都是加载到特殊的不可写的代码内存区域中。

静态类和单例模式情景的选择：

情景一：不需要维持任何状态，仅仅用于全局访问，此时更适合使用静态类。

情景二：需要维持一些特定的状态，此时更适合使用单例模式。

单例模式的实现

1. 懒汉模式（线程不安全）

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){

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

如上，通过提供一个静态的对象instance，利用private权限的构造方法和getInstance()方法来给予访问者一个单例。

缺点是，没有考虑到线程安全，可能存在多个访问者同时访问，并同时构造了多个对象的问题。

之所以叫做懒汉模式，主要是因为此种方法可以非常明显的lazy loading。

针对懒汉模式线程不安全的问题，我们自然想到了，在getInstance()方法前加锁，于是就有了第二种实现。

2. 懒汉模式二 （线程安全）

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){

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

然而并发其实是一种特殊情况，大多时候这个锁占用的额外资源都浪费了，这种打补丁方式写出来的结构效率很低。

3. 饿汉模式

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    private SingletonDemo(){

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

直接在运行这个类的时候进行一次loading，之后直接访问。显然，这种方法没有起到lazy loading的效果，考虑到前面提到的和静态类的对比，这种方法只比静态类多了一个内存常驻而已。

4. 静态类内部加载

public class SingletonDemo {
    private static class SingletonHolder{
        private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    }
    private SingletonDemo(){
        System.out.println("Singleton has loaded");
    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

使用内部类的好处是，静态内部类不会在单例加载时就加载，而是在调用getInstance()方法时才进行加载，达到了类似懒汉模式的效果，而这种方法又是线程安全的。

5. 枚举方法

enum SingletonDemo{
    INSTANCE;
    public void otherMethods(){
        System.out.println("Something");
    }
}

public class Hello {
    public static void main(String[] args){
        SingletonDemo.INSTANCE.otherMethods();
    }
}

提倡的方式，在我看来简直是来自神的写法。解决了以下三个问题：

• (1)自由序列化。
• (2)保证只有一个实例。
• (3)线程安全。

这种充满美感的代码真的已经终结了其他一切实现方法了。

6. 双重校验锁法

public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){
        System.out.println("Singleton has loaded");
    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

接下来我解释一下在并发时，双重校验锁法会有怎样的情景：

STEP 1. 线程A访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，所以进入了锁定块。

STEP 2. 线程B访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，得以访问接下来代码块，而接下来代码块已经被线程1锁定。

STEP 3. 线程A进入下一判断，因为单例还没有实例化，所以进行单例实例化，成功实例化后退出代码块，解除锁定。

STEP 4. 线程B进入接下来代码块，锁定线程，进入下一判断，因为已经实例化，退出代码块，解除锁定。

STEP 5. 线程A初始化并获取到了单例实例并返回，线程B获取了在线程A中初始化的单例。

理论上双重校验锁法是线程安全的，并且，这种方法实现了lazyloading。