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Java設(shè)計(jì)模式單例模式(Singleton)用法解析

更新時(shí)間：2019年11月18日 14:33:43 作者：brucegan

這篇文章主要介紹了Java設(shè)計(jì)模式單例模式(Singleton)用法解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

這篇文章主要介紹了Java設(shè)計(jì)模式單例模式(Singleton)用法詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

單例模式的應(yīng)用場(chǎng)景：

　　單例模式（Singleton Pattern）是指確保一個(gè)類在任何情況下都絕對(duì)只有一個(gè)實(shí)例。并提供一個(gè)全局反訪問點(diǎn)。單例模式是創(chuàng)建型模式。單例模式在生活中應(yīng)用也很廣泛，比如公司CEO只有一個(gè)，部門經(jīng)理只有一個(gè)等。JAVA中ServletCOntext，ServetContextCOnfig等，還有spring中ApplicationContext應(yīng)用上下文對(duì)象，SessionFactory，數(shù)據(jù)庫連接池對(duì)象等。使用單例模式可以將其常駐于內(nèi)存，可以節(jié)約更多資源。

寫法：

　　1：懶漢模式（線程不安全）

/**
 * 線程不安全的懶漢式單利模式
 * 
 * Created by gan on 2019/11/17 17:33.
 */
public class LazySingleton {
  private static LazySingleton instance;

  //構(gòu)造方法私有化
  private LazySingleton() {
  }

  public static LazySingleton getInstance() {
    if (instance != null) {
      instance = new LazySingleton();
    }
    return instance;
  }
}

　　上面的代碼，提供一個(gè)靜態(tài)對(duì)象instance,構(gòu)造函數(shù)私有化防止外部創(chuàng)建對(duì)象，提供一個(gè)靜態(tài)的getInstance方法來給訪問者一個(gè)單例對(duì)象。這種寫法的缺點(diǎn)就是沒有考慮到線程安全問題，當(dāng)多個(gè)訪問者同時(shí)訪問的時(shí)候很有可能創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象。之所以叫懶漢式，是因?yàn)檫@種寫法是使用的時(shí)候才創(chuàng)建，起到了懶加載Lazy loading的作用，實(shí)際開發(fā)中不建議采用這種寫法。

　　2：線程安全的懶漢式(加鎖)

/**
 * 線程安全的懶漢式單利模式
 * 
 * Created by gan on 2019/11/17 17:33.
 */
public class LazySingleton {
  private static LazySingleton instance;

  //構(gòu)造方法私有化
  private LazySingleton() {
  }

  public synchronized static LazySingleton getInstance() {
    if (instance != null) {
      instance = new LazySingleton();
    }
    return instance;
  }
}

　　這種寫法就是在第一種的基礎(chǔ)上添加了synchronized關(guān)鍵字保證了線程安全。這種寫法在并發(fā)高的時(shí)候雖然保證了線程安全，但是效率很低，高并發(fā)的時(shí)候所有訪問的線程都要排隊(duì)等待，所以實(shí)際開發(fā)中也不建議采用。

　　3：惡漢式（線程安全）

/**
 * 餓漢式（線程安全）
 * Created by gan on 2019/10/28 22:52.
 */
public class HungrySigleton {

  public static final HungrySigleton instance = new HungrySigleton();

  private HungrySigleton(){}

  public static HungrySigleton getInstance(){
    return instance;
  }
}

　　直接在運(yùn)行（加載）這個(gè)類的時(shí)候創(chuàng)建了對(duì)象，之后直接訪問。顯然這種方式?jīng)]有起到Lazy loading的效果。但是是線程安全的，實(shí)際開發(fā)中還是比較常用。

　　4：靜態(tài)內(nèi)部類（線程安全）

/**
 * 靜態(tài)內(nèi)部類方式
 * Created by gan on 2019/11/17 17:46.
 */
public class StaticInnerClassSingleton {

  //構(gòu)造方法私有化
  private StaticInnerClassSingleton() {}

  //內(nèi)部類
  private static class HolderInnerClass {
    //需要提供單利對(duì)象的外部類作為靜態(tài)屬性加載的時(shí)候就初始化
    private static StaticInnerClassSingleton instance = new StaticInnerClassSingleton();
  }

  //對(duì)外暴漏訪問點(diǎn)
  public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
    return HolderInnerClass.instance;
  }
}

　　這種內(nèi)部類跟餓漢式單例有很多相似的地方，相比餓漢式單例模式的區(qū)別也是好處在于：靜態(tài)內(nèi)部類不在單例類加載時(shí)就加載，而是在調(diào)用getInstance()方法的時(shí)候才進(jìn)行加載，達(dá)到了類似于懶漢式的效果，而且這種方法又是線程安全的。實(shí)際開發(fā)中也建議采用。

　　5：枚舉方法單例（線程安全）

/**
 * 枚舉單利模式
 * Created by gan on 2019/11/17 17:57.
 */
public enum EnumSingleton {
  INSTANCE;

  public void otherMetthod() {
    System.out.println("需要單利對(duì)象調(diào)用的方法。。。");
  }
}

　　Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式，好處有如下：

　　1：自由串行化。

　　2：保證了一個(gè)實(shí)例

　　3：線程安全

　　這種方式防止了單例模式被破壞，而且簡(jiǎn)潔寫法簡(jiǎn)單，而且絕對(duì)的線程安全，但是有個(gè)缺點(diǎn)就是不能繼承。

　　6：雙重檢查法（通常線程安全，低概率不安全）

/**
 * Double check
 * Created by gan on 2019/11/17 18:03.
 */
public class DoubleCheckSingleton {
  private static DoubleCheckSingleton instance;

  private DoubleCheckSingleton() {}

  public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
        if (instance == null) {
          instance = new DoubleCheckSingleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

　　上面的這種寫法在并發(fā)極高的時(shí)候也可能會(huì)出現(xiàn)問題(當(dāng)然這種概率非常小，但是畢竟還是有的嘛)，解決的方案就是給instance的聲明加上volatile關(guān)鍵字即可。于是就出現(xiàn)了下面第7總寫法。

　　7：Double check(volatile)

/**
 * Double check volatile
 * Created by gan on 2019/11/17 18:03.
 */
public class DoubleCheckSingleton {
  private volatile static DoubleCheckSingleton instance;

  private DoubleCheckSingleton() {}

  public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
        if (instance == null) {
          instance = new DoubleCheckSingleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

volatile關(guān)鍵字的其中一個(gè)作用就是禁止指令重排序，把instance聲明volatile后，對(duì)它的操作就會(huì)有一個(gè)內(nèi)存屏障（什么是內(nèi)存屏障？），這樣在賦值完成之前，就不會(huì)調(diào)用讀操作。這里具體的原因網(wǎng)上也是眾說紛紜，這里不進(jìn)行具體闡述。

　　8：ThreadLocal實(shí)現(xiàn)單例模式（線程安全）

/**
 * ThreadLocal實(shí)現(xiàn)單利模式
 * Created by gan on 2019/11/17 18:17.
 */
public class ThreadLocalSingleton {

  private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocal = new ThreadLocal() {
    @Override
    protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
      return new ThreadLocalSingleton();
    }
  };

  private ThreadLocalSingleton(){}

  public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
    return threadLocal.get();
  }
}

　　ThreadLocal會(huì)為每個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程堆數(shù)據(jù)的訪問沖突。對(duì)于多線程資源共享問題，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal則采用了“以空間換時(shí)間”的方式(主要就是避免了加鎖排隊(duì))。前者提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。但是實(shí)際是創(chuàng)建了多個(gè)單例對(duì)象的。

單例模式的破壞：

　　1：序列化破壞

　　　　一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建好以后，有時(shí)候需要將對(duì)象序列化然后寫入磁盤。下次在從磁盤中讀取并反序列化，將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)存對(duì)象。反序列化后的對(duì)象會(huì)重新分配內(nèi)存，即創(chuàng)建型的對(duì)象。這樣就違背了單例模式的初衷。解決這種方式的方法就是在單例類中新增一個(gè) private Object readResolve();方法即可，具體原因可以看看序列化和反序列化的源碼。

　　2：反射

　　　　通過反射“暴力破解”也能破壞單例模式，具體暫時(shí)不闡述。

　　3：克隆

　　　　克隆也會(huì)破壞單例模式，具體暫時(shí)不闡述。

代碼鏈接：https://gitee.com/ganganbobo/gps-parent

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