设计模式（三）单例模式

女爷i 2022-09-30 03:51 143阅读 0赞

单例模式也是一种创建型模式，而且也非常容易理解：在一个系统中可能需要多个配置文件，我们希望这些配置文件的实例只存在一个，而不是存在多个重复的实例。这时候就需要使用单例模式。

单例模式有几个要点：

*  一是必须确保只存在一个类的实例。
 *  二是类必须自己创建自己，不允许其他类来创建自己。
 *  三是必须提供一个方法允许其他类访问单例成员。

根据这些特点，我们可以很容易猜出单例类在Java的样子：首先他的构造方法必须是私有的，然后往往需要一个公有的静态方法获取单例实例。

## 单例的实现 ##

单例模式的实现有很多种，按照单例的实例化的时机可以分为饿汉式和懒汉式两种，下面来逐一说明。

### 懒汉式（非线程安全） ###

这种方式非常简单，也很容易理解。单例实例在第一次调用的时候才创建，符合懒加载的要求。唯一缺点是这种方式不支持多线程，在多线程环境下可能会创建多个对象。

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

### 懒汉式（同步的） ###

我们可以对上面的实现方式进行改进，以便在多线程环境下也可以正常工作。实现方式很简单，直接在方法上添加`synchronized`关键字即可。

这种实现方式虽然也很简单，但是性能不咋地。由于直接在方法上加了锁，所以如果同时有两个地方获取单例对象，其中一个就会阻塞。在获取单例的次数获取比较多的时候性能很差。

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

### 饿汉式（静态初始化） ###

如果不要求必须懒加载，那么我们可以使用JVM的类加载工作机制，方便的实现单例模式。

JVM在第一次加载类的时候，会被初始化累的静态域，并确保静态域只初始化一次。所以我们可以将创建单例的代码放到静态初始化块中，这样JVM会帮我们创建单例。这种方式的缺点就是加载类的时候就创建了单例对象，没有懒加载。

public class FirstLoadSingleton {
        private static FirstLoadSingleton singleton;
    
        private FirstLoadSingleton() {
        }
    
        static {
            singleton = new FirstLoadSingleton();
        }
    
        public static FirstLoadSingleton getSingleton() {
            return singleton;
        }
    }

### 双检锁方式 ###

这种方式比较复杂，但是其他方面都很好：既实现了懒加载，同时也是线程安全的，性能还不错。

双检锁模式的要点：一是单例必须使用`volatile`关键字标记；二是在创建单例的时候要进行两次检查（这就是双检锁的含义）。我们可以看到同步块在第一次判断之后，也就是说只有在第一次调用时才可能发生竞争和阻塞。单例创建之后，在获取单例的时候不会调用同步块，因此速度会非常快。和前面的直接在方法上添加同步的例子相比，真是不知道高到哪里去了。

public class DoubleCheckLockSingleton {
        private volatile static DoubleCheckLockSingleton singleton;
    
        private DoubleCheckLockSingleton() {
        }
    
        public static DoubleCheckLockSingleton getSingleton() {
            if (singleton == null) {
                synchronized (DoubleCheckLockSingleton.class) {
                    if (singleton == null) {
                        singleton = new DoubleCheckLockSingleton();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }
    }

### 静态内部类方式 ###

这种方式和双检锁方式的效果类似，既可以保证懒加载又具有多线程下的性能优势。而且实现起来更加简单。唯一缺点就是单例对象必须是静态的，而双检锁方式的单例对象可以是实例的。

道理也很简单，如果我们把单例放到类的静态字段上，不能保证延迟加载的话，那么再用一层内部类包住不就行了。这样，当外层类第一次加载的时候，不会触发单例的初始化。而在第一次获取单例的时候，才会调用内部类，从而让JVM加载单例。

public class InnerClassSingleton {
        private static class Inner {
            private static InnerClassSingleton singleton = new InnerClassSingleton();
        }
    
        private InnerClassSingleton() {
        }
    
        public static InnerClassSingleton getSingleton() {
            return Inner.singleton;
        }
    }

### 枚举方式 ###

这种方式是Java实现单例最好的方式，连《Effective Java》都推荐我们使用这种方式。不过现在貌似使用的还是比较少。一来，枚举是Java 1.5才加入的东西；二来，Java的枚举使用起来确实很捉急。甚至有些开发实践都要求不使用枚举，而是使用共有静态字段来代替。所以枚举单例这种方式就比较稀少了。

不过确实，Java的枚举天生就是为实现单例而存在的。首先，枚举的实例是在使用时才被初始化的，这和单例模式延迟加载的要求相符。其次，枚举类型只允许存在私有的构造函数，从根本上杜绝了创建多个单例的可能性。而且当枚举序列化和反序列化的时候，同样会保证单例的唯一性。因此我们说，枚举方式是Java实现单例最好的方式。

可能还是不太好理解，所以还是直接看代码吧。假设我们需要一个单例的配置对象，我们可以创建枚举来解决。枚举的构造方法默认（且只能）是私有的，我们直接在构造方法中初始化数据（例如从文件读取等等），然后通过枚举类中定义的方法来读取数据。如果对Java的枚举还是感觉到比较陌生的话回去复习一下枚举类的用法。

public enum EnumSingleton {
        Instance;
    
        private String data;
    
        EnumSingleton() {
            //在构造方法中进行初始化
            data = "Some data";
        }
    
        public String getData() {
            return data;
        }
    }

当然在现在的Java生态中单例模式一般不需要我们手动实现了。像Spring和Guice这样的依赖注入框架已经实现了单例模式，所以我们在使用这些框架的时候，创建和确保单例的工作有这些框架完成，我们只需要编写传统的非线程安全类即可。