大话设计模式笔记（十八）の单例模式

路人甲Java 2021-08-05

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单例模式

定义

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

通常我们可以让一个全局变量使得一个对象被访问，但它不能防止你实例化多个对象。一个最好的办法就是，让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。

UML图

方式一：单线程下的单例

/**
 * Created by callmeDevil on 2019/8/17.
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){} //构造方法私有，防止外界创建实例

    // 获得本类实例的唯一全局访问点
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null) {
            //若实例不存在，则创建一个新实例，否则直接返回已有实例
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        if (s1 == s2) {
            System.out.println("两个对象是相同的实例");
        }
    }
}

测试结果

两个对象是相同的实例

在没有并发问题的情况下，这种方式也是使用比较多的。但缺点也很明显，多线程下根本没法用。

方式二：多线程下的单例

/**
 * Created by callmeDevil on 2019/8/17.
 */
public class SingletonOnLock {

    private static SingletonOnLock instance;
    
    private SingletonOnLock(){}

    public static SingletonOnLock getInstance(){
        // 同步代码块，只有一个线程能进入，其他阻塞
        synchronized (SingletonOnLock.class){
            if(instance == null){
                instance = new SingletonOnLock();
            }
        }
        return instance;
    }

}

存在问题

当存在对象实例时，完全不用担心并发时导致堆中创建多个实例，但每次调用 getInstance() 方法时都被加锁，是会影响性能的，因此这个类可以继续改良。

方式三：双重锁定（DCL）

/**
 * Created by callmeDevil on 2019/8/17.
 */
public class SingletonOnDoubleCheckLock {

    private static SingletonOnDoubleCheckLock instance;

    private SingletonOnDoubleCheckLock(){}

    public static SingletonOnDoubleCheckLock getInstance(){
        // 先判断实例是否存在，不存在再考虑并发问题
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletonOnDoubleCheckLock.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonOnDoubleCheckLock();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
}

两次判断实例是否存在的原因

当实例存在时，就直接返回，这是没有问题的。当实例为空并且有两个线程调用 getInstance() 方法时，它们都可以通过第一重 instace == null 的判断，然后由于 synchronized 机制，只有一个线程可以进入，另一个阻塞，必须要在同步代码块中的线程出来后，另一个线程才会进入。而此时如果没有第二重的判断，那第二个线程仍然会创建实例，这就达不到单例的目的了。

但这种方式是最让人“诟病”的一种不推荐方式，技巧看上去很好，但实际上同样影响性能。

方式四：静态初始化

/**
 * 该类声明为final ，阻止派生，因为派生可能会增加实例
 * Created by callmeDevil on 2019/8/17.
 */
public final class SingletonStatic {
    
    // 第一次引用类的任何成员时就创建好实例，同时没有并发问题
    private static final SingletonStatic instance = new SingletonStatic();
    
    private SingletonStatic(){}
    
    public static SingletonStatic getInstance(){
        return instance;
    }
    
}

JVM第一次加载类的时候就已经创建好了实例，如果接下来的很长时间都没有用到的话，占用的内存相当于被浪费了，也不是最让人推荐的一种方式。当然现在的服务器容量也越来越大，单单一个实例的内存也并不是任何情况都要考虑节省。除非追求极致。。

总结

静态初始化的方式是自己被加载时就已经将自己实例化，因此也被称为“饿汉式”。
其他方式是要在第一次被引用时，才会将自己实例化，所以被称为“懒汉式”。
其实单例模式还有很多种实现方式，下面再提一种《大话设计模式》中未提到的实现：静态内部类。 这是楼主在《Java并发编程实战》中看到的，也是最为推荐的一种。

扩展

方式五：静态内部类

/**
 * Created by callmeDevil on 2019/8/17.
 */
public class SingletonStaticClass {

    private SingletonStaticClass() {}

    public SingletonStaticClass getInstande() {
        return InterClass.instance;
    }

    // 静态内部类，没有并发问题
    private static final class InterClass {
        public static SingletonStaticClass instance = new SingletonStaticClass();
    }

}