单例模式——独一无二的对象

傷城~ 2022-05-29 13:54 169阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  单例模式
 *   *  1 概述
     *  2 实现
     *   *  2.1 懒汉式
         *  2.2 错误的双重检查加锁
         *  2.3 volatile双重检查加锁
         *  2.4 内部类方式
     *  3 总结

# 单例模式 #

## 1 概述 ##

**1）简介**  
单例对象的类只允许一个实例存在，并提供一个全局访问点。

**2）使用场景**  
有些对象只需要一个的时候，比如线程池、缓存、日志对象等。如果制造出多个实例，就会导致许多问题的产生。

**3）为什么不使用全局变量 ？**  
虽然Java的静态对象可以做到，但如果将对象赋值给一个全局变量，那么我们必须在程序一开始就创建好对象。而恰巧这个对象非常消耗资源，程序在这次运行过程中又一直没有用到它，就会形成浪费。如果我们利用单例模式，我们就可以在需要时才创建对象（延迟实例化）。

## 2 实现 ##

### 2.1 懒汉式 ###

懒汉式单例模式可以保证延迟初始化，但并不保证线程安全，类图如下所示。

![70][]

public class Singleton { 
    	private static Singleton uniqueInstance;   //利用静态对象记录类的唯一实例
    	
    	private Singleton() { }   //私有构造器
    	
    	//利用getInstance()方法实例化对象，并返回实例
    	public static Singleton getInstance() { 
    		if(uniqueInstance == null) { 
    			uniqueInstance= new Singleton();
    		}
    		return uniqueInstance;
    
    	//其他方法……
    }

*  私有的构造器可以确保无法从外部创建实例，只能够通过getInstance()方法创建实例。如果我们不需要这个实例，它就永远不会产生，这就是上文中所说的“延迟实例化”。
 *  **这只是最基本的实现，它不支持多线程**，因为没有加锁 synchronized。当有多个线程同时调用getInstance()方法时，就有可能创建出多个实例。

### 2.2 错误的双重检查加锁 ###

曾经这是一种被认为“聪明”的技巧，但其实是一种完全**错误**的优化。

public class Singleton { 
    	private static Singleton uniqueInstance;
    	
    	private Singleton() { }
    
    	public static getInstance() { 
    		//只有第一次实例化时，才会彻底执行以下的代码
    		if(uniqueInstance == null) { 
    			synchronized (Singleton.class) { 
    				//加入区块后，再检查一次
    				if(uniqueInstance == null) { 
    					uniqueInstance = new Singleton();
    				}
    			}
    		}
    		return uniqueInstance;
    	}
    }

为什么错误呢？  
因为在类的初始化时，其实发生了如下的步骤：

1.  分配对象的内存空间
2.  初始化对象
3.  设置对象实例指向刚分配的内存地址

问题就在于2、3两个步骤在编译的时候可能会被重排序，即代码执行顺序变为了（1,3,2）。导致在多线程情况下A线程正在执行步骤2初始化对象时，而B线程却可能看到一个未被初始化的对象（内存可见性），所以会判断uniqueInstance 不为null，进而再去创建一次对象，导致Singleton被创建了两次。

### 2.3 volatile双重检查加锁 ###

方式一时加上volatile关键字，以禁止创建对象的2、3步骤被重排序。这种方案需要JDK5及以上版本。

public class Singleton { 
    	private volatile static Singleton uniqueInstance;
    	
    	private Singleton() { }
    
    	public static getInstance() { 
    		//只有第一次实例化时，才会彻底执行以下的代码
    		if(uniqueInstance == null) { 
    			synchronized (Singleton.class) { 
    				//加入区块后，再检查一次
    				if(uniqueInstance == null) { 
    					uniqueInstance = new Singleton();
    				}
    			}
    		}
    		return uniqueInstance;
    	}
    }

### 2.4 内部类方式 ###

使用内部类这种方式同样能够保证在延迟初始化与多线程安全。线程安全的原因是，每一个类或接口，都有一个唯一的初始化锁，当类初始化时会进行加锁，以保证只有一个线程进入，初始化完成后释放锁。

public class Singleton {     
        private Singleton() { }
           
        private static class SingletonHolder { 
            private static Singleton instance = new Singleton();
        }
        
        public static Singleton getInstance() { 
        	// 导致SingletonHolder类被初始化
            return SingletonHolder.instance;
        }
    }

## 3 总结 ##

文中共提到了三种实现单例模式的方式（一种线程不安全的懒汉式实现，一种线程安全的volatile双锁式实现，一种线程安全的内部类实现）。关于单例模式还有[更多种的实现方式][Link 1]，当考虑使用何种方式时，这需要先确定在性能和资源上的限制，然后再选择适合自己的程序的方式去实现。

[70]: /images/20220529/93cd865679ea46caace1ea8ffeb8b0c4.png
[Link 1]: http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html