单例模式的使用场景:
- 产生某对象会消耗过多的资源,为避免频繁地创建与销毁对象对资源的浪费。如:
对数据库的操作、访问 IO、线程池、网络请求等。
- 某种类型的对象应该有且只有一个。如果制造出多个这样的实例,可能导致:程序行为异常、资源使用过量、结果不一致等问题。
- 饿汉,线程安全
public class Singleton {
public static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
}
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
sttaic {
instance = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
这三种方式没什么差别,都依赖 JVM 在类装载时就完成唯一对象的实例化,基于类加载的机制,它们天生就是线程安全的,在急切初始化的方案下都是可行的。
- 懒汉,线程安全
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
【单例模式探究】这种写法能够在多线程中很好的工作,而且看起来它也具备很好的lazy loading,但是,效率很低,只有new对象的是时候需要同步,对象创建好了后再取对象的时候是不需要同步的。
所以我们可以将它改进为另一种形式,被称为“双重检查锁定的方式”
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
这种方法的“双重检查”体现在进行了两次 if (singleton == null) 的检查,这样既同步代码块保证了线程安全,同时实例化的代码也只会执行一次,实例化后同步操作不会再被执行,从而效率提升很多
双重检查锁定存在的问题是,在操作指令重排序的情况下,可能会导致对象不唯一 ,所以要在定义单例时加上 volatile 关键字修饰,保证执行的顺序,就可以使单例起效。
- 静态内部类
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程,这种方式的 Singleton 类被装载时,只要 SingletonHolder 类还没有被主动使用,instance 就不会被初始化。只有在显式调用 getInstance() 方法时,才会装载 SingletonHolder 类,实例化对象,实现了延迟加载。
“静态内部类”方式与“双重检查锁定”方式相比的优势在于“双重检查锁定” 方式在 JDK 版本低于 1.5 时多线程环境下可能会失效,而“静态内部类”则不受JDK版本的限制。
- 枚举
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void dosomething() {
}
}
这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。保证了在任何情况(包括反序列化、反射、克隆)下都是一个单例,不过由于枚举是 JDK 1.5 才加入的特性,所以同“双重检查锁定” 方式一样,它对 JDK 的版本也有要求
- 登记式单例——使用 Map 容器来管理单例模式
public class SingletonManager {
private static Map objMap = new HashMap();
public static void registService(String key, Object instance) {
if(!objMap.containsKey(key))
objMap.put(key, instance);
}
public static Object getService(String key) {
return objMap.getKey();
}
}
在程序的初始,我们将一组单例类型注入到一个统一的管理类中来维护,即将这些实例存放在一个 Map 登记薄中,在使用时则根据 key 来获取对象对应类型的单例对象。对于已经登记过的实例,从 Map 直接返回实例;对于没有登记的,则先登记再返回。从而在对用户隐藏具体实现、降低代码耦合度的同时,也降低了用户的使用成本
需要注意的对单例模式的破坏
- 如果Singleton实现了java.io.Serializable接口,那么这个类的实例就可能被序列化和复原。要避免单例对象在反序列化时重新生成对象,则在 implements Serializable 的同时应该实现 readResolve() 方法,并在其中保证反序列化的时候获得原来的对象:
public class Singleton implements java.io.Serializable {
public static Singleton INSTANCE = new Singleton();
protected Singleton() {}
private Object readResolve() {
return INSTANCE;
}
}
- 使用反射调利用私有构造器也可以破坏单例,要防止此情况发生,可以在私有的构造器中加一个判断,需要创建的对象不存在就创建;存在则说明是第二次调用,抛出 RuntimeException 提示。修改私有构造函数代码如下:
public class Singleton {
...
private Singleton() {
if(instance != null)
throw new RuntimeException("不能创建多个Singleton对象");
}
...
}
- 通过克隆来创建一个新对象,单例模式就失效了。单例模式的类是不可以实现 Cloneable 接口的,这与 Singleton 模式的初衷相违背。那要如何阻止使用 clone() 方法创建单例实例的另一个实例?可以 override 它的 clone() 方法,使其抛出异常。(也许你想问既然知道了某个类是单例且单例不应该实现 Cloneable 接口,那不实现该接口不就可以了吗?事实上尽管很少见,但有时候单例类可以继承自其它类,如果其父类实现了 clone() 方法的话,就必须在我们的单例类中复写 clone() 方法来阻止对单例的破坏。)
@Override
public class Singleton implementsCloneable {
...
proteced Object clone() throws CloneNotSupportedException {
throw new CloneNotSupportedException();
}
...
}
- 不同的类加载器可以加载同一个类。所以当一个工程下面存在不止一个类加载器时,整个程序中同一个类就可能被加载多次,如果这是个单例类就会产生多个单例并存失效的现象。因此当程序有多个类加载器又需要实现单例模式,就须自行指定类加载器,并要指定同一个类加载器
private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
if(classLoader == null)
classLoader = Singleton.class.getClassLoader();
return (classLoader.loadClass(classname));
}
}