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java单例模式实现方式 分析java中全面的单例模式多种实现方式

SharpCJ   2021-06-11 我要评论
想了解分析java中全面的单例模式多种实现方式的相关内容吗,SharpCJ在本文为您仔细讲解java单例模式实现方式的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:java,单例模式,单例,实现方式,下面大家一起来学习吧。

一、单例模式的思想

想整理一些 java 并发相关的知识,不知道从哪开始,想起了单例模式中要考虑的线程安全,就从单例模式开始吧。以前写过单例模式,这里再重新汇总补充整理一下,单例模式的多种实现。

单例模式的主要思想是:

  • 将构造方法私有化( 声明为 private ),这样外界不能随意 new 出新的实例对象;
  • 声明一个私有的静态的实例对象,供外界使用;
  • 提供一个公开的方法,让外界获得该类的实例对象

这种说法看上去没错,但也好像不太准确。其实,就算外界能随意 new 出新的实例对象,但只要我们保证我们每次使用的对象是唯一的,就可以。

二、单例模式的 N 种实现方式

2.1、饿汉式(线程安全,可用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺点: 类一加载的时候,就实例化,提前占用了系统资源。

2.2、常量式(线程安全,可用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static final Singleton sSingleton = new Singleton();
}

将实例对象用 public static final 修饰,不提供公开方法获取实例,直接通过 Singleton.sSingleton 获取。

  • 缺点:与饿汉式一样,类一加载的时候,就实例化,提前占用了系统资源。

2.3、懒汉式(线程不安全,并发场景不可用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺点:第一次第一次加载时反应稍慢,线程不安全。

2.4、同步的懒汉式?(线程安全,可用,不建议使用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}
  • 缺点:第一次加载时反应稍慢,每次调用 getInstance 都进行同步,造成不必要的同步开销,这种模式一般不建议使用。

2.5、双重检查锁 DCL (线程安全,大多数场景满足需求,推荐使用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    /**
     * volatile is since JDK5
     */
    private static volatile Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 未初始化,则初始instance变量
                if (sSingleton == null) {
                    sSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sSingleton;
    }
}

sSingleton = new Singleton() 不是一个原子操作。(XXX)故须加 volatile 关键字修饰,该关键字在 jdk1.5 之后版本才有。

  • 优点:资源利用率高,第一次执行getInstance时单例对象才会被实例化,效率高。
  • 缺点:第一次加载时反应稍慢,也由于Java内存模型的原因偶尔会失败。在高并发环境下也有一定的缺陷,虽然发生的概率很小。DCL模式是使用最多的单例实现方式,它能够在需要时才实例化单例对象,并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性,除非你的代码在并发场景比较复杂或者低于jdk1.6版本下使用,否则这种方式一般能够满足需求。

2.6、静态内部类(线程安全,推荐使用)

public class Singleton {

    private Singleton () {
    }

    private static class InnerClassSingleton {
     private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

优点:推荐使用。

2.7、枚举单例(线程安全,不建议使用)

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    
    // 其它方法
    public void doSomething(){
        ...
    }
}
  • 优点:枚举实现单例很简单,也很安全。
  • 缺点:经验丰富的 Android 开发人员都会尽量避免使用枚举。官方文档有说明:相比于静态常量Enum会花费两倍以上的内存。

2.8、另类实现——利用容器实现单例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Singleton {
    private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();

    private Singleton() {
    }

    public static void registerService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

利用了 HashMap 容器 key 不可重复的特性。

  • 优点:这种实现方式使得我们可以管理多种类型的单例,并且在使用时可以通过统一接口进行获取操作,降低用户使用成本,也对用户隐藏了具体实现,降低耦合度。
  • 缺点:没有私有化构造方法,用户可以 new 出新的实例对象。

2.9、防止反射破坏单例

前面的多种实现方法中,很多我们按照构造方法私有化的思想来实现的,我们知道,利用反射,仍然可以创建出新对象,这样在反射场景中,这种思想实现的单例模式就失效了,那么如何防止反射破坏单例模式呢?原理上就是在存在一个实例的情况下,再次调用构造方法时,抛出异常。下面以静态内部类的单例模式为例:

public class Singleton {
    private static boolean flag = false;  
  
    private Singleton(){  
        synchronized(Singleton.class)  
        {  
            if(flag == false)  
            {  
                flag = !flag;  
            }  
            else  
            {  
                throw new RuntimeException("单例模式被侵犯!");  
            }  
        }  
    }  

    private static class InnerClassSingleton {
     private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

2.10、防止序列化和反序列化破坏单例

通过序列化可以讲一个对象实例写入到磁盘中,通过反序列化再读取回来的时候,即便构造方法是私有的,也依然可以通过特殊的途径,创建出一个新的实例,相当于调用了该类的构造函数。要避免这个问题,我们需要在代码中加入如下方法,让其在反序列化过程中执行 readResolve 方法时返回 sSingleton 对象。

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

三、结语

有没有一种方式实现的单例模式在任何情况下都是一个单例呢?

有。就是上面说的枚举单例。枚举,就能保证在任何情况下都是单例的,并且是线程安全的。


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