Java设计模式(1)单例模式

Java设计模式(1)单例模式

概述

单例模式是23种设计模式之一。顾名思义，即在应用环境中一个类只能创建一个对象实例，这样处理是因为有些场景如：线程池、缓存、日志对象、打印机对象等只能有一个实例，若有多个，则会产生程序、资源等等问题。单例模式的简要定义为：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

注意：

以下讨论均在一个类加载器、一个JVM前提下；

以下讨论不涉及反射机制。

方法一：延迟实例化方式（非线程安全）

单例模式的实现方式很简单，即将构造器设为私有（private），不允许其他类通过new方式创建对象，并对外提供一个返回该类实例的接口。具体代码如下：

public class Singleton{
private Singleton(){}  //将构造器设为私有
private static Singleton singleton;
public Singleton getSingleton(){
if(singleton==null){
singleton=new Singleton();
}
return singleton;
}
}

该类将构造器设为private，则只有该类内部可以通过new创建实例，同时对外提供getSingleton()方法，调用该方法返回一个实例。（若实例未创建，则创建，创建后始终返回该实例）

此种方式在需要该类实例时才会创建，可以称之为“延迟实例化“的方式（也称为“懒汉模式“）。另外重要的是，此种方法是非线程安全的。

试想若有2个线程同时到达 if(singleton==null)的判断中，并且都得到true，则就会产生两个实例，破坏单例模式的约束。

方法二：双重检查加锁

若想在多线程环境中应用单例模式，还需要对刚才的方法加以改变，将创建的实例看做共享的资源，当需要创建资源时加锁控制访问，操作完成后释放锁。

public class Singleton{
private Singleton(){}
private volatile static Singleton singleton;
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton==null){  //检查实例，若未创建进入同步块
synchronized(Singleton.class){  //同步块开始
if(singleton==null){ //进入同步块后再检查一次，防止出现2个线程同时通过第一次检查的情况（当时还未同步）
singleton= new Singleton();
}
} //同步块结束
}
return singleton;
}
}

volatile 关键字的含义，简单来说即：告诉JVM，对于这个成员变量不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。 singleton= new Singleton()这句话不是原子操作，其主要包含3步：

1. 给Singleton分配空间；

2. 初始化Singleton的构造函数;

3. 将分配的空间地址返回给实例。

java编译器允许处理器乱序执行以提高执行效率，因此在实际执行中可能是1-2-3，也可能是1-3-2。若是1-3-2，若当线程1执行完3后轮到线程2执行，此时线程1由于执行了3，singleton已不为空，而未执行构造函数等操作，因此得到的为不完整的实例，线程2使用该实例时就会出错。

另外需要注意的是：双重检查加锁方法必须是JDK1.5或以后版本才支持。

方法三：初始实例化（“饿汉模式”）

以上使用线程加锁的方式可以解决多线程的方式，不过有些麻烦，还要考虑性能的一些影响。JVM可以保证一个类只被加载一次，因此可以考虑下面的方法

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

此种方法在类被初次记载时即初始化了该类实例，不存在线程安全问题。但如果该类创建需配置文件时该方法就无能为力了。

参考文献

1、《Head First 设计模式》

2、 http://crud0906.iteye.com/blog/576321