【设计模式】单例设计模式的N中Java实现方法

特点

单例模式的特点：

1、仅仅能有一个实例；

2、必须自己创建自己的一个实例；

3、必须给全部其它对象提供这一实例。

饿汉式单例模式

也称为预先载入法，实现方式例如以下：

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class Single

{

private Single()(

Syustem.out.println("ok");

)

private static Single instance = new Single();

public static Single getInstance(){

return instance;

}

}

长处：线程安全，调用时反应速度快，在类载入的同一时候已经创建好了一个静态对象（创建的唯一对象）；

缺点：资源利用效率不高，可能该实例并不须要，但也被系统载入了。另外，饿汉式在一些场景下是无法使用的，比方，假设Single实例的创建依赖參数或配置文件，则在getInstance()之前必须调用某个方法来设置这些參数，但在设置之前，可能已经new了Single实例，这样的情况下，饿汉式的写法是无法使用的。

懒汉式单例模式

也称为延迟载入法，实现方式例如以下：

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public class LazySingleton {

private static LazySingleton instance;

private LazySingleton() {}

public static LazySingleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new LazySingleton();

}

return instance;

}

}

延迟载入法在适用于单线程环境，它不是线程安全的，引入多线程时，就必须通过同步来保护getInstance（）方法，否则可能会返回LazySingleton的两个不同实例。比方，一个线程在推断instance为null后，还没来得及创建新的instance，还有一个线程此时也推断到instance为null，这样两个线程便会创建两个LazySingleton实例。

能够将getInstance（）方法改为同步方法，这样便能够避免上述问题，改进后的单例模式实现例如以下：

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public class LazySingleton {

private static LazySingleton instance;

private LazySingleton() {}

public static synchronized LazySingleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new LazySingleton();

}

return instance;

}

}

长处：资源利用率高,不运行getInstance就不会被实例。

缺点：第一次载入时反应不快，多线程使用不必要的同步开销大

这里的缺点主要是：每次调用getInstance（）方法时，都要同步，并且非常多时候的同步是不是必需的，这将会极大地拖垮性能（尤其在须要多次调用getInstance方法的地方，当第一次创建了LazySingleton实例后，instance便不再为null，这样后面每次调用getInstance进入方法体后，却便发现自己什么也不用做，而每次调用getInstnce都要同步，须要切换到内核，这样便非常浪费资源，每次做非常大开销进入方法体，却发现自己什么也不用做）。

DCL单例模式

针对延迟载入法的同步实现所产生的性能低的问题，我们能够採用DCL，即双重检查加锁（Double Check Lock）的方法来避免每次调用getInstance（）方法时都同步。实现方式例如以下：

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public class LazySingleton {

private static LazySingleton instance;

private LazySingleton() {}

public static LazySingleton getInstance() {

if (instance == null) {

synchronized(LazySingleton.class){

if(instance == null){

instance = new LazySingleton();

}

}

}

return instance;

}

}

长处：资源利用率高,不运行getInstance就不会被实例，多线程下效率高。

缺点：第一次载入时反应不快，因为java 内存模型一些原因偶尔会失败，在高并发环境下也有一定的缺陷，尽管发生概率非常小。

DCL对instance进行了两次null推断，第一层推断主要是为了避免不必要的同步，第二层的推断则是为了在null的情况下创建实例。

对于DCL的不安全性，我们来看看例如以下场景：

如果线程A运行到instance = new LazySingleton()这句，这里看起来是一句话，但实际上它并非一个原子操作，我们仅仅要看看这句话被编译后在JVM运行的相应汇编代码就发现，这句话被编译成8条汇编指令，大致做了3件事情：

1.给LazySingleton的实例分配内存。

2.初始化LazySingleton()的构造器

3.将instance对象指向分配的内存空间（注意到这步instance就非null了）。

可是，由于Java编译器同意处理器乱序运行，以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Medel，即Java内存模型）中Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定，上面的第二点和第三点的顺序是无法保证的，也就是说，运行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2，假设是后者，并且在3运行完成、2未运行之前，被切换到线程B上，这时候instance由于已经在线程A内运行过了第三点，instance已经是非空了，所以线程B直接拿走instance，然后使用，然后顺理成章地报错，并且这样的难以跟踪难以重现的错误非常可能会隐藏非常久。

DCL的写法来实现单例是非常多技术书、教科书（包含基于JDK1.4曾经版本号的书籍）上推荐的写法，实际上是不全然正确的。的确在一些语言（譬如C语言）上DCL是可行的，但这取决于能否保证2、3步的顺序。在JDK1.5之后，官方已经注意到这样的问题，调整了JMM、详细化了volatilekeyword，因此假设JDK是1.5或之后的版本号，仅仅须要将instance的定义改成“private volatile
static LazySingleton instance = null;”就能够保证每次都去instance都从主内存读取，就能够使用DCL的写法来完毕单例模式。当然volatile或多或少也会影响到性能，最重要的是我们还要考虑JDK1.4以及之前的版本号，所以本文中单例模式写法的改进还在继续。

static内部类单例模式

该方法是为了解决DCL方法在并发环境中的缺陷而提出的，关于DCL在并发编程中存在的问题能够參考这篇文章：/article/1339993.html的后半部分，事实上现方式例如以下：

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class Single

{

private Single()(

Syustem.out.println("ok");

)

private static class InstanceHolder{

private static final Singlet instance = new Single();

}

public static Single getInstance(){

return InstanceHolder.instance;

}

}

长处：线程安全，资源利用率高,不运行getInstance就不会被实例。

缺点：第一次载入时反应不快。

这里针对最后一种方法补充下面基本知识点：类级内部类（有static修饰的成员内部类）相当于其外部类的成员，仅仅有在第一次使用时才会被装载，而不会在类载入器载入其外部类的时候被装载，并且仅仅会被载入一次。因此，资源利用率高。

总结：在Java中因为会涉及到并发编程，考虑到效率、安全性等问题，一般经常使用饿汉式单例模式或static内部类单例模式，而后者又是最优且最经常使用的单例设计模式的实现方法。