Java的單例模式如何實現

這篇文章主要介紹“Java的單例模式如何實現”的相關知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“Java的單例模式如何實現”文章能幫助大家解決問題。

什么是單例模式

• 單例模式（Singleton Pattern）是一個比較簡單的模式，實際應用很廣泛，比如 Spring 中的Bean實例就是一個單例對象。

• 定義：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。

單例模式的優缺點

優點

• 只有一個實例，減少了內存的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實例。

• 單例模式可以避免對資源的多重占用，例如一個寫文件動作，由于只有一個實例存在內存中，避免對同一個資源文件的同時寫操作。

• 單例模式可以在系統設置全局的訪問點，優化和共享資源訪問，例如可以設計一個單例類，負責所有數據表的映射處理。

缺點

• 單例模式一般沒有接口，很難擴展（根據環境而定）。

• 單例模式與單一職責原則有沖突。一個類應該只實現一個邏輯，而不關心是否是單例的。

單例模式的實現

• 單例模式有很多的實現方式，但是各種實現的方式都有其優缺點，下面來看看各種的實現方式。

• 單例模式的實現滿足以下幾點：構造方法私有。有一個靜態方法獲取該類的實例。該類保證只有一個實例。

懶漢式

• 懶漢式是當用到這個對象的時候才會創建。

• 懶漢式，在需要單例模式類實例時它才創建出來給你（因為很懶）。

• 優點：只有用到的時候才會創建這個對象，因此節省資源。

• 簡單的實現如下:

/**
  *Singleton類，單例模式類，在類加載時便會創建一個私有靜態變量instance，也就是該類的實
  *例，再通過公共接口getInstance()來發布該實例
  */
public class Singleton {  
    private static Singleton instance;
    //私有化構造方法防止外界new對象
    private Singleton (){
    }
    //公有化靜態函數,對外暴露單例對象的接口
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
} 

但是這種方式并不能保證這是唯一的單例,在高并發訪問下,多個線程同時訪問到這個單例時,還是有可能不能保證這個類就是單例的

為了保證線程安全,我們可以加鎖,給這個getInstance()方法加上線程同步鎖synchronize具體實現如下:

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

但是這種方式一旦加鎖,雖然可以保證其實單例且線程安全的,但是在高并發訪問下性能必然是受到影響,多個線程都需要用到該單例時,就無法保證速度,需要同步地等待這個單例使用完回到JVM中的堆區(Heap)才可以繼續使用這個單例,效率十分的低。

還有一種是雙重檢查式,兩次判斷

Double Check Lock(DCL)方式實現單例模式

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

我們可以看到getInstance中對instance進行了兩次判斷是否為空,第一次判斷主要是為了避免不必要的同步問題,第二次判斷則是為了在null的情況下創建實例,因為在某些情況下會出現失效問題即DCL失效問題,可以使用volatile關鍵字處理這個問題,但是同樣的,使用了volatile關鍵字也會對性能有一定的影響。但是優點在于資源利用率高,第一次執行getInstance時對象才被實例化,但是DCL也因為第一次加載時反應慢,所以在高并發情況下也會有一定的缺陷。

餓漢式

• 餓漢式和懶漢式恰巧相反，在類加載的時候就創建實例。

• 單例模式類迫不及待的想要創建實例了（因為餓了）

• 優點：還沒用到就創建，浪費資源。

• 缺點：在類加載的時候就創建，線程安全。

• 實現如下：

/**  *這種方式在類加載時就完成了初始化，所以類加載較慢，但是獲取對象的速度快。這種方式  *基于類加載機制，避免了多線程的同步問題。如果從來沒有使用過這個實例，則會造成內存  *的浪費。  */public class Singleton {      private static Singleton instance = new Singleton();      private Singleton (){            }      public static Singleton getInstance() {      	return instance;      }  }

匿名內部類/靜態內部類

• 利用靜態變量、靜態代碼塊、靜態方法都是在類加載的時候只加載一次的原理。

• 實現如下

public class Singleton {    private static Singleton instance;    //靜態塊在類加載時會被執行，也就創建了Singleton類實例    static{        instance = new Singleton();    }    private Singleton (){        }      public static final Singleton getInstance() {      	return SingletonHolder.INSTANCE;      }  }

/**  *Java靜態內部類的特性是，加載的時候不會加載內部靜態類，使用的時候才會進行加載。  *第一次加載Singleton類時并不會初始化sInstance，只有第一次調用getInstance方法時虛  *擬機加載SingletonHolder并初始化sInstance。這樣不僅能確保線程安全，也能保證  *Singleton類的唯一性。所以，推薦使用靜態內部類單例模式  */public class Singleton {      private static class SingletonHolder {      	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();      }    private Singleton (){        }      public static final Singleton getInstance() {      	return SingletonHolder.INSTANCE;      }  }

枚舉單例模式

/**
  *默認枚舉實例的創建是線程安全的，并且在任何情況下都是單例。
  *枚舉單例的有點就是簡單，缺點是可讀性不高。
  */
public enum Singleton {
    //外部調用由原來的Singleton.getInstance變成了Singleton.INSTANCE了。
    INSTANCE;
}

總結

單例模式是運用頻率很高的模式，在我們客戶端通常是沒有高并發的情況，所以選擇哪種方式并不會有太大的影響。出于效率考慮，推薦使用靜態內部類的單例模式和DCL的單例模式。

優點：

• 由于單例模式在內存中只有一個實例，減少內存開支，特別是一個對象需要頻繁創建、銷毀時，而且創建或銷毀時性能又無法優化，單例模式的優勢就十分明顯。

• 由于單例模式只生成一個實例，所以減少了系統的性能開銷，當一個對象的產生需要比較多的資源時，如讀取配置、產生其他依賴對象時，則可通過在應用啟動時直接產生一個單例對象，然后用永久駐留的方式解決。

• 單例模式可以避免對資源的多重占用，如一個文件的操作，由于只有一個實例存在內存中，避免對同一個資源文件的同時操作。

• 單例模式可以在系統設置全局的訪問點，優化和共享資源訪問。例如，可以設計一個單例類，負責所有數據表的映射處理。

缺點：

• 單例模式一般沒有接口，擴展很困難，除非修改代碼。

• 單例對象如果持有Context，那么很容易引發內存泄露，此時需要注意傳遞給單例對象的Context最好是Application Context。

• 不適合用于變化頻繁的對象；如果實例化的對象長時間不被利用，系統會認為該對象是垃圾而被回收，這可能會導致對象狀態的丟失；

使用場景

• 網站訪問量計數器。

• 項目中用于讀取配置文件的類。

• Spring中，每個Bean默認都是單例的，這樣便于Spring容器進行管理。

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