1 概述

如果要保證系統里一個類最多只能存在一個實例時，我們就需要單例模式。這種情況在我們應用中經常碰到，例如緩存池、數據庫連接池、線程池、一些應用服務實例等。在多線程環境中為了保證實例的唯一性其實并不簡單，下面介紹如何實現單例模式。

2 最簡單的單例

為了限制該類的對象被隨意地創建，我們保證該類構造方法是私有的，這樣外部類就無法創建該類型的對象了，另外，為了給客戶對象提供對此單例對象的使用，我們為它提供一個全局訪問點，代碼如下所示：

publicclass Singleton {

privatestatic Singleton intance = new Singleton();

private Singleton() {// 將構造方法私有化

}

publicstatic Singleton getIntance() {

return intance;

}

}

代碼注解：

Singleton類的只有一個構造方法，它是被private修飾的，客戶對象無法創建該類實例。我們為此單例實現的全局訪問點是public static Singleton getInstance()方法，注意instance變量是私有的外界無法訪問的。

讀者還可以定義instance變量是public的，這樣把屬性直接暴露給其他對象，就沒必要實現public static Singleton getInstance()方法但是可讀性沒有方法來的直接，而且把該實例變量的名字直接暴露給客戶程序，增加了代碼的耦合度，如果改變此變量名稱，會引起客戶類的改變。還有一點，如果該實例需要比較復雜的初始化過程時，把這個過程應該寫在static{…}代碼塊中。

此實現是線程安全的，當多個線程同時去訪問該類的getInstance()方法時，不會初始化多個不同的對象，這是因為JVM(Java Virtual Machine)在加載此類時，對于static屬性的初始化只能由一個線程執行且僅一次。由于此單例提供了靜態的公有方法，那么客戶使用單例模式的代碼也就非常簡單了如下所示Singleton singleton = Singleton.getIntance()

3進階

3.1 延遲創建

如果出于性能等的考慮，我們希望延遲實例化單例對象，Static屬性在加載類是就會被初始化，只有在第一次使用該類的實例時才去實例化，我們應該怎么辦呢，這個其實并不難做到，我們把單例的實例化過程移至getInstance()方法，而不在加載類時預先創建。當訪問此方法時，首先判斷該實例是不是已經被實例化過了，如果已被初始化，則直接返回這個對象的引用，否則，創建這個實例并初始化最后返回這個對象引用。代碼片段如下所示

publicclass UnThreadSafeSingleton {

privatestatic UnThreadSafeSingleton intance = null;

private UnThreadSafeSingleton() {

System.out.print("非線程安全的單例");

}

publicstatic UnThreadSafeSingleton getIntance() {

if (intance == null) {

intance = new UnThreadSafeSingleton();

}

returnintance;

}

}

我們使用這句if(instatnce ==null)判斷是否實例化完成了。此方法不是線程安全的，接下來我們將會討論。

3.2線程安全

上節我們創建了可延遲初始化的單例，然而不幸的是，在高并發的環境中getInstance()方法返回了多個指向不同的該類實例，究竟是什么原因呢，我們針對此方法，給出兩個線程并發訪問getInstance()方法時的一種情況，如下所示

1

2

3

4

5

6

Thread1

if(instatnce ==null)

instatnce = new UnThreadSafeSingelton()

return instance

Thread2

if(instatnce ==null)

instatnce = new UnThreadSafeSingelton()

return instance

如果這兩個線程按照上述步驟執行，不難發現，在時刻1和2，由于還沒有創建單例對象，Thread1和Thread2都會進入創建單例實例的代碼塊分別創建實例。在時刻3，Thread1創建了一個實例對象，但是Thread2此時已無法知道，繼續創建一個新的實例對象，于是這兩個線程持有的實例并非為同一個。更為糟糕的是，在沒有自動內存回收機制的語言平臺上運行這樣的單例模式，例如使用C++編寫此模式，因為我們認為創建了一個單例實例，忽略了其他線程所產生的對象，不會手動去回收它們，引起了內存泄露。為了解決這個問題我們給此方法添加synchronized關鍵字，代碼如下

public class ThreadSafeSingleton {

private static ThreadSafeSingleton intance = null;

private ThreadSafeSingleton() {

System.out.print("線程安全的單例");

}

public static synchronized ThreadSafeSingleton getIntance() {

if (intance == null) {

intance = new ThreadSafeSingleton();

}

return intance;

}

}

3.3 Double-Check Locking

上述途徑雖然實現了多線程的安全訪問，但是在多線程高并發訪問的情況下，給此方法加上synchronized關鍵字會使得性能大不如前。我們仔細分析一下不難發現，使用了synchronized關鍵字對整個getInstance()方法進行同步是沒有必要的，我們只要保證實例化這個對象的那段邏輯被一個線程執行就可以了，而返回引用的那段代碼是沒有必要同步的。按照這個想法，我們的代碼片段大致如下所示

publicclass DoubleCheckSingleton {

private volatile static DoubleCheckSingleton intance = null;

private DoubleCheckSingleton() {

System.out.print("線程安全的單例---多線程高并發訪問");

}

publicstatic DoubleCheckSingleton getIntance() {

synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {

if (intance == null) {

intance = new DoubleCheckSingleton();

}

}

returnintance;

}

}

代碼注解

在getInstance()方法里，我們首先判斷此實例是否已經被創建了，如果還沒有創建，首先使用synchronized同步實例化代碼塊。在同步代碼塊里，我們還需要再次檢查是否已經創建了此類的實例，這是因為，如果沒有第二次檢查，這時有兩個線程Thread A和Thread B同時進入該方法，它們都檢測到instatnce為null，不管哪一個線程先占據同步鎖創建實例對象，都不會阻止另外一個線程繼續進入實例化代碼塊重新創建實例對象，這樣同樣會生成兩個實例對象。所以，我們在同步的代碼塊里，進行第二次判斷判斷該對象是否已被創建。

正是由于使用了兩次的檢查我們稱之為double-checked locking模式。

屬性instatnce是被volatile修飾的因為volatile具有synchronized的可見性特點，也就是說線程能夠自動發現volatile變量的最新值。這樣，如果instatnce實例化成功，其他線程便能立即發現。注意，此程序只有在JAVA 5及以上版本才能正常運行，在以前版本不能保證其正常運行。這是由于Java平臺的內存模式容許out-of-order writes引起的，假定有兩個線程Thread 1和Thread 2它們執行以下步驟：

1. Thread 1發現instatnce沒有被實例化，它獲得鎖并去實例化此對象，JVM容許在沒有完全實例化完成時instance變量就指向此實例，因為這些步驟可以是out-of-order writes的，此時instance==null為false，之前的版本即使用volatile關鍵字修飾也無效。

2.在初始化完成之前Thread 2進入此方法，發現instance已經不為null了，Thread 2便認為該實例初始化完成了，使用這個未完全初始化的實例對象，則很可能引起系統的崩潰。

3.4 Initialization on demand holder

要使用線程安全的延遲的單例初始化，我們還有一種方法，稱為Initialization on demand holder模式，代碼如下所示

public class LazyLoadedSingleton {

private LazyLoadedSingleton() {

System.out.println("要使用線程安全的延遲的單例初始化我們還有一種方法 稱為Initialization on demand holder模式");

}

private static class LazyHolder {

private static final LazyLoadedSingleton instance = new LazyLoadedSingleton();

}

public static LazyLoadedSingleton getIntance() {

return LazyHolder.instance;

}

}

3.5 的序列化Singleton

如果單例類實現Serializable接口，這時我們得特別注意，因為我們知道在默認情況下，每次反序列化Desierialization總會創建一個新的實例對象，這樣一個系統會出現多個對象供使用。我們應該怎么辦呢，熟悉Java序列化的讀者可能知道，我們需要在readResolve()方法里做文章，此方法在反序列化完成之前被執行，我們在此方法里替換掉反序列化出來的那個新的實例，讓其指向內存中的那個單例對象即可，代碼實現如下

public class SerialibleSingleton implements Serializable {

private static final long serialVersionUID = 6421044614200154010L;

static SerialibleSingleton instance = new SerialibleSingleton();

private SerialibleSingleton() {

}

private Object readResolve() {

return instance;

}

}

方法readResolve()直接返回singleton單例，這樣，我們在內存中始終保持了一個唯一的單例對象。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java设计模式 单例_java设计模式一（单例模式singleton）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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