单例模式(Singleton)
概念:
单例模式 确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
经典单例:
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
//构造函数设定为 private,避免被创建
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
//延迟初始化
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
延迟初始化虽然能避免资源浪费的情况,但是上面的单例模式在多线程情况下就可能出现错误,多线程同时执行到 if 语句时,可能会出现 new 两个单例的情况。
不使用延迟初始化:
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return uniqueInstance;
}
}
非延迟初始化的做法在 JVM 加载这个类时马上创建唯一的单例。JVM 保证任何线程访问 uniqueInstance 静态变量之前,一定先创建此实例。
但如果程序中并没有用到单例,提前创建好很可能会浪费资源。
多线程单例模式:
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {}
//synchronized 保证多线程顺序访问
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
通过加入 synchronized 我们保证每个线程在访问该方法时必须保证其他线程离开。保证了多线程情况下的安全。但 synchronized 同步可能会影响性能,在性能要求不苛刻的情况下我们可以选择这种单例。
双重检查锁单例模式
public class Singleton {
//注意 volatile 是必须的,否则 JVM 可能会进行优化(指令重排)导致错误
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
volatile 作用:这个变量不会在多个线程中存在复本,直接从内存读取。这个关键字会禁止指令重排序优化。也就是说,在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障(生成的汇编代码上),读操作不会被重排序到内存屏障之前。
双重检查锁 模式看着很完美,实际上还有些小问题,就是在早期版本下的 volatile 可能会导致该方式失败。
优雅版本:
public class Singleton {
//静态内部类,
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
只有在调用 getInstance 时对象才会被创建,同时没有性能缺点,也不依赖 Java 版本。
枚举单例:
public enum Singleton {
INSTANCE;
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
优点:非常简单。
默认枚举实例的创建是线程安全的,所以不需要担心线程安全的问题
适用场景:
- 系统只需要一个实例对象,如系统要求提供一个唯一的序列号生成器,或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
- 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点,除了该公共访问点,不能通过其他途径访问该实例。
- 在一个系统中要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来,如果一个类可以有几个实例共存,就需要对单例模式进行改进,使之成为多例模式
优缺点:
优点:
- 提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例,所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它,并为设计及开发团队提供了共享的概念。
- 由于在系统内存中只存在一个对象,因此可以节约系统资源,对于一些需要频繁创建和销毁的对象,单例模式无疑可以提高系统的性能。
- 允许可变数目的实例。我们可以基于单例模式进行扩展,使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例。
缺点:
- 由于单例模式中没有抽象层,因此单例类的扩展有很大的困难。
- 单例类的职责过重,在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色,提供了工厂方法,同时又充当了产品角色,包含一些业务方法,将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
- 滥用单例将带来一些负面问题,如为了节省资源将数据库连接池对象设计为单例类,可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出;现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术,因此,如果实例化的对象长时间不被利用,系统会认为它是垃圾,会自动销毁并回收资源,下次利用时又将重新实例化,这将导致对象状态的丢失。
参考:
Head Frist 设计模式