设计模式(一)单例模式
单例设计模式(Singleton Design Pattern
)理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象(或者实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例设计模式,简称单例模式。
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。
单例模式结构图如下:
Client
为客户端,Singleton
为单例类,Client
通过调用Singleton.getInstance()
方法获取实例对象。
下面介绍常见的6种单例写法:
饿汉式
饿汉式的实现方式比较简单。在类加载的时候,instance
静态实例就已经创建并初始化好了,所以,instance
实例的创建过程是线程安全的。不过,这样的实现方式不支持延迟加载(在真正用到 instance
的时候,再创建实例),从名字中我们也可以看出这一点。具体的代码实现如下所示:
1 | public class Singleton { |
采用饿汉式实现方式,将耗时的初始化操作,提前到程序启动的时候完成,这样就能避免在程序运行的时候,再去初始化导致的性能问题。
懒汉式(线程不安全)
有饿汉式,对应的,就有懒汉式。懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。具体的代码实现如下所示:
1 | public class Singleton { |
这样实现单例是线程不安全的,因为在多线程的时候可能会重复创建单例,导致实例全局不唯一。一般使用下面的方式,即使用synchronized
关键字来保证线程安全。
懒汉式(线程安全)
1 | public class Singleton { |
我们给 getInstance()
这个方法加了一把大锁(synchronzed
),导致这个函数的并发度很低。如果频繁地用到,那频繁加锁、释放锁及并发度低等问题,会导致性能瓶颈,这种实现方式就不可取了。
双重检查模式(DCL)
饿汉式不支持延迟加载,懒汉式有性能问题,不支持高并发。那我们再来看一种既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式,也就是双重检测实现方式。
1 | public class Singleton { |
这种写法在getSingleton
方法中对singleton
进行了两次判空,第一次是为了不必要的同步,第二次是在singleton
等于null
的情况下才创建实例。
在这里使用volatile
会或多或少的影响性能,但考虑到程序的正确性,牺牲这点性能还是值得的。 DCL
优点是资源利用率高,第一次执行getInstance
时单例对象才被实例化,效率高。缺点是第一次加载时反应稍慢一些,在高并发环境下也有一定的缺陷,虽然发生的概率很小。
静态内部类模式
SingletonHolder
是一个静态内部类,当外部类 Singleton
被加载的时候,并不会创建 SingletonHolder
实例对象。只有当调用 getInstance()
方法时,SingletonHolder
才会被加载,这个时候才会创建 instance
。instance
的唯一性、创建过程的线程安全性,都由 JVM
来保证。所以,这种实现方法既保证了线程安全,又能做到延迟加载。
1 | public class Singleton { |
枚举
1 | public enum Singleton { |
枚举单例的优点就是简单,但是大部分应用开发很少用枚举,可读性并不是很高,不建议用。
总结
- 单例的定义单例设计模式(
Singleton Design Pattern
)理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象(或者叫实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例设计模式,简称单例模式。 - 单例的用处从业务概念上,有些数据在系统中只应该保存一份,就比较适合设计为单例类。比如,系统的配置信息类。除此之外,我们还可以使用单例解决资源访问冲突的问题。
- 单例的实现单例有下面几种经典的实现方式。
- 饿汉式
饿汉式的实现方式,在类加载的期间,就已经将instance
静态实例初始化好了,所以,instance
实例的创建是线程安全的。不过,这样的实现方式不支持延迟加载实例。 - 懒汉式
懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。这种实现方式会导致频繁加锁、释放锁,以及并发度低等问题,频繁的调用会产生性能瓶颈。 - 双重检测
双重检测实现方式既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。只要instance
被创建之后,再调用getInstance()
函数都不会进入到加锁逻辑中。所以,这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。 - 静态内部类
利用Java
的静态内部类来实现单例。这种实现方式,既支持延迟加载,也支持高并发,实现起来也比双重检测简单。 - 枚举
最简单的实现方式,基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过Java
枚举类型本身的特性,保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。
6种单例的实现代码见Github
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