文章目錄

• 1. 單例模式的定義
• 2. 單例模式的設計要素
• 3. 單例模式的6種實現及各實現的優缺點
• • 3.1 懶漢式（線程不安全）
  • 3.2 餓漢式（線程安全）
  • 3.3 懶漢式（線程安全）
  • 3.4 雙重檢查鎖實現（線程安全）
  • 3.5 靜態內部類實現（線程安全）
  • 3.6 枚舉類實現（線程安全）
• 4. 單例模式的應用場景

1. 單例模式的定義

? 定義： 確保一個類只有一個實例，并提供該實例的全局訪問點。這樣做的好處是：有些實例，全局只需要一個就夠了，使用單例模式就可以避免一個全局使用的類，頻繁的創建與銷毀，耗費系統資源。

2. 單例模式的設計要素

• 一個私有構造函數 （確保只能單例類自己創建實例）
• 一個私有靜態變量 （確保只有一個實例）
• 一個公有靜態函數 （給使用者提供調用方法）

? 簡單來說就是，單例類的構造方法不讓其他人修改和使用；并且單例類自己只創建一個實例，這個實例，其他人也無法修改和直接使用；然后單例類提供一個調用方法，想用這個實例，只能調用這個對外暴露的方法。這樣就確保了全局只創建了一次實例。

3. 單例模式的6種實現及各實現的優缺點

3.1 懶漢式（線程不安全）

? 實現：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;} }

? 說明： 先不創建實例，當第一次被調用時，再創建實例，所以被稱為懶漢式。

? 優點： 延遲了實例化，如果不需要使用該類，就不會被實例化，節約了系統資源。

? 缺點： 線程不安全，多線程環境下，如果多個線程同時進入了 if (uniqueInstance == null) ，若此時還未實例化，也就是uniqueInstance == null，那么就會有多個線程執行 uniqueInstance = new Singleton(); 就會實例化多個實例。

3.2 餓漢式（線程安全）

? 實現：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {return uniqueInstance;}}

? 說明： 先不管需不需要使用這個實例，直接先實例化好實例 (餓死鬼一樣，所以稱為餓漢式)，然后當需要使用的時候，直接調方法就可以使用了。

? 優點： 提前實例化好了一個實例，避免了線程不安全問題的出現。

? 缺點： 直接實例化好了實例，不再延遲實例化；若系統沒有使用這個實例，或者系統運行很久之后才需要使用這個實例，會造成操作系統的資源浪費。

3.3 懶漢式（線程安全）

? 實現：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance;private static singleton() {}private static synchronized Singleton getUinqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;}}

? 說明： 實現和 線程不安全的懶漢式 幾乎一樣，唯一不同的點是，在get方法上 加了一把鎖。如此一來，多個線程訪問，每次只有拿到鎖的的線程能夠進入該方法，避免了多線程不安全問題的出現。

? 優點： 延遲實例化，節約了資源，并且是線程安全的。

? 缺點： 雖然解決了線程安全問題，但是性能降低了。因為，即使實例已經實例化了，既后續不會再出現線程安全問題了，但是鎖還在，每次還是只能拿到鎖的線程進入該方法使線程阻塞，等待時間過長。

3.4 雙重檢查鎖實現（線程安全）

? 實現：

public class Singleton {private volatile static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}}}return uniqueInstance;} }

? 說明: 雙重檢查數相當于是改進了 線程安全的懶漢式。線程安全的懶漢式 的缺點是性能降低了，造成的原因是因為即使實例已經實例化，依然每次都會有鎖。而現在，我們將鎖的位置變了，并且多加了一個檢查。 也就是，先判斷實例是否已經存在，若已經存在了，則不會執行判斷方法內的有鎖方法了。 而如果，還沒有實例化的時候，多個線程進去了，也沒有事，因為里面的方法有鎖，只會讓一個線程進入最內層方法并實例化實例。如此一來，最多最多，也就是第一次實例化的時候，會有線程阻塞的情況，后續便不會再有線程阻塞的問題。

? 為什么使用 volatile 關鍵字修飾了 uniqueInstance 實例變量 ？

? uniqueInstance = new Singleton(); 這段代碼執行時分為三步：

為 uniqueInstance 分配內存空間

初始化 uniqueInstance

將 uniqueInstance 指向分配的內存地址

? 正常的執行順序當然是 1>2>3 ，但是由于 JVM 具有指令重排的特性，執行順序有可能變成 1>3>2。
單線程環境時，指令重排并沒有什么問題；多線程環境時，會導致有些線程可能會獲取到還沒初始化的實例。
例如：線程A 只執行了 1 和 3 ，此時線程B來調用 getUniqueInstance()，發現 uniqueInstance 不為空，便獲取 uniqueInstance 實例，但是其實此時的 uniqueInstance 還沒有初始化。

? 解決辦法就是加一個 volatile 關鍵字修飾 uniqueInstance ，volatile 會禁止 JVM 的指令重排，就可以保證多線程環境下的安全運行。

? 優點： 延遲實例化，節約了資源；線程安全；并且相對于 線程安全的懶漢式，性能提高了。

? 缺點： volatile 關鍵字，對性能也有一些影響。

3.5 靜態內部類實現（線程安全）

? 實現：

public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getUniqueInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}}

? 說明： 首先，當外部類 Singleton 被加載時，靜態內部類 SingletonHolder 并沒有被加載進內存。當調用 getUniqueInstance() 方法時，會運行 return SingletonHolder.INSTANCE; ，觸發了 SingletonHolder.INSTANCE ，此時靜態內部類 SingletonHolder 才會被加載進內存，并且初始化 INSTANCE 實例，而且 JVM 會確保 INSTANCE 只被實例化一次。

? 優點： 延遲實例化，節約了資源；且線程安全；性能也提高了。

3.6 枚舉類實現（線程安全）

? 實現：

public enum Singleton {INSTANCE;//添加自己需要的操作public void doSomeThing() {}}

? 說明： 默認枚舉實例的創建就是線程安全的，且在任何情況下都是單例。

? 優點： 寫法簡單，線程安全，天然防止反射和反序列化調用。

? 防止反序列化
? **序列化：**把java對象轉換為字節序列的過程；
? 反序列化： 通過這些字節序列在內存中新建java對象的過程；
? 說明： 反序列化 將一個單例實例對象寫到磁盤再讀回來，從而獲得了一個新的實例。我們要防止反序列化，避免得到多個實例。
? 枚舉類天然防止反序列化。
其他單例模式 可以通過 重寫 readResolve() 方法，從而防止反序列化，使實例唯一重寫 readResolve() :

private Object readResolve() throws ObjectStreamException{return singleton; }

4. 單例模式的應用場景

應用場景舉例：

• 網站計數器。
• 應用程序的日志應用。
• Web項目中的配置對象的讀取。
• 數據庫連接池。
• 多線程池。
• …

使用場景總結：

• 頻繁實例化然后又銷毀的對象，使用單例模式可以提高性能。
• 經常使用的對象，但實例化時耗費時間或者資源多，如數據庫連接池，使用單例模式，可以提高性能，降低資源損壞。
• 使用線程池之類的控制資源時，使用單例模式，可以方便資源之間的通信。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java单例模式与线程安全的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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