JAVA設(shè)計(jì)模式之單例模式
本文繼續(xù)介紹23種設(shè)計(jì)模式系列之單例模式。
概念：
Java中單例模式是一種常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式，單例模式的寫(xiě)法有好幾種，這里主要介紹三種：懶漢式單例、餓漢式單例、登記式單例。
單例模式有以下特點(diǎn)：
1、單例類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例。
2、單例類(lèi)必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
3、單例類(lèi)必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。
單例模式確保某個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，線(xiàn)程池、緩存、日志對(duì)象、對(duì)話(huà)框、打印機(jī)、顯卡的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計(jì)成單例。這些應(yīng)用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)Printer
Spooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干通信端口，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)集中管理這些通信端口，以避免一個(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請(qǐng)求同時(shí)調(diào)用。總之，選擇單例模式就是為了避免不一致?tīng)顟B(tài)，避免政出多頭。
一、懶漢式單例
[java]?view plain?copy ?print? //懶漢式單例類(lèi).在第一次調(diào)用的時(shí)候?qū)嵗约??? public?class?Singleton?{?? ????private?Singleton()?{}?? ????private?static?Singleton?single=null;?? ????//靜態(tài)工廠(chǎng)方法??? ????public?static?Singleton?getInstance()?{?? ?????????if?(single?==?null)?{???? ?????????????single?=?new?Singleton();?? ?????????}???? ????????return?single;?? ????}?? }??
Singleton通過(guò)將構(gòu)造方法限定為private避免了類(lèi)在外部被實(shí)例化，在同一個(gè)虛擬機(jī)范圍內(nèi)，Singleton的唯一實(shí)例只能通過(guò)getInstance()方法訪(fǎng)問(wèn)。
（事實(shí)上，通過(guò)Java反射機(jī)制是能夠?qū)嵗瘶?gòu)造方法為private的類(lèi)的，那基本上會(huì)使所有的Java單例實(shí)現(xiàn)失效。此問(wèn)題在此處不做討論，姑且掩耳盜鈴地認(rèn)為反射機(jī)制不存在。）
但是以上懶漢式單例的實(shí)現(xiàn)沒(méi)有考慮線(xiàn)程安全問(wèn)題，它是線(xiàn)程不安全的，并發(fā)環(huán)境下很可能出現(xiàn)多個(gè)Singleton實(shí)例，要實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全，有以下三種方式，都是對(duì)getInstance這個(gè)方法改造，保證了懶漢式單例的線(xiàn)程安全，如果你第一次接觸單例模式，對(duì)線(xiàn)程安全不是很了解，可以先跳過(guò)下面這三小條，去看餓漢式單例，等看完后面再回頭考慮線(xiàn)程安全的問(wèn)題：
1、在getInstance方法上加同步
[java]?view plain?copy ?print? public?static?synchronized?Singleton?getInstance()?{?? ?????????if?(single?==?null)?{???? ?????????????single?=?new?Singleton();?? ?????????}???? ????????return?single;?? }??
2、雙重檢查鎖定
[java]?view plain?copy ?print? public?static?Singleton?getInstance()?{?? ????????if?(singleton?==?null)?{???? ????????????synchronized?(Singleton.class)?{???? ???????????????if?(singleton?==?null)?{???? ??????????????????singleton?=?new?Singleton();??? ???????????????}???? ????????????}???? ????????}???? ????????return?singleton;??? ????}??
3、靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
[java]?view plain?copy ?print? public?class?Singleton?{???? ????private?static?class?LazyHolder?{???? ???????private?static?final?Singleton?INSTANCE?=?new?Singleton();???? ????}???? ????private?Singleton?(){}???? ????public?static?final?Singleton?getInstance()?{???? ???????return?LazyHolder.INSTANCE;???? ????}???? }???? 這種比上面1、2都好一些，既實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)程安全，又避免了同步帶來(lái)的性能影響。
二、餓漢式單例
[java]?view plain?copy ?print? //餓漢式單例類(lèi).在類(lèi)初始化時(shí)，已經(jīng)自行實(shí)例化??? public?class?Singleton1?{?? ????private?Singleton1()?{}?? ????private?static?final?Singleton1?single?=?new?Singleton1();?? ????//靜態(tài)工廠(chǎng)方法??? ????public?static?Singleton1?getInstance()?{?? ????????return?single;?? ????}?? }?? 餓漢式在類(lèi)創(chuàng)建的同時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建好一個(gè)靜態(tài)的對(duì)象供系統(tǒng)使用，以后不再改變，所以天生是線(xiàn)程安全的。
三、登記式單例(可忽略)
[java]?view plain?copy ?print? //類(lèi)似Spring里面的方法，將類(lèi)名注冊(cè)，下次從里面直接獲取。?? public?class?Singleton3?{?? ????private?static?Map?登記式單例實(shí)際上維護(hù)了一組單例類(lèi)的實(shí)例，將這些實(shí)例存放在一個(gè)Map（登記?。┲校瑢?duì)于已經(jīng)登記過(guò)的實(shí)例，則從Map直接返回，對(duì)于沒(méi)有登記的，則先登記，然后返回。?
這里我對(duì)登記式單例標(biāo)記了可忽略，我的理解來(lái)說(shuō)，首先它用的比較少，另外其實(shí)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)還是用的餓漢式單例，因?yàn)槠渲械膕tatic方法塊，它的單例在類(lèi)被裝載的時(shí)候就被實(shí)例化了。
餓漢式和懶漢式區(qū)別
從名字上來(lái)說(shuō)，餓漢和懶漢，
餓漢就是類(lèi)一旦加載，就把單例初始化完成，保證getInstance的時(shí)候，單例是已經(jīng)存在的了，
而懶漢比較懶，只有當(dāng)調(diào)用getInstance的時(shí)候，才回去初始化這個(gè)單例。
另外從以下兩點(diǎn)再區(qū)分以下這兩種方式：
1、線(xiàn)程安全：
餓漢式天生就是線(xiàn)程安全的，可以直接用于多線(xiàn)程而不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，
懶漢式本身是非線(xiàn)程安全的，為了實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全有幾種寫(xiě)法，分別是上面的1、2、3，這三種實(shí)現(xiàn)在資源加載和性能方面有些區(qū)別。
2、資源加載和性能：
餓漢式在類(lèi)創(chuàng)建的同時(shí)就實(shí)例化一個(gè)靜態(tài)對(duì)象出來(lái)，不管之后會(huì)不會(huì)使用這個(gè)單例，都會(huì)占據(jù)一定的內(nèi)存，但是相應(yīng)的，在第一次調(diào)用時(shí)速度也會(huì)更快，因?yàn)槠滟Y源已經(jīng)初始化完成，
而懶漢式顧名思義，會(huì)延遲加載，在第一次使用該單例的時(shí)候才會(huì)實(shí)例化對(duì)象出來(lái)，第一次調(diào)用時(shí)要做初始化，如果要做的工作比較多，性能上會(huì)有些延遲，之后就和餓漢式一樣了。
至于1、2、3這三種實(shí)現(xiàn)又有些區(qū)別，
第1種，在方法調(diào)用上加了同步，雖然線(xiàn)程安全了，但是每次都要同步，會(huì)影響性能，畢竟99%的情況下是不需要同步的，
第2種，在getInstance中做了兩次null檢查，確保了只有第一次調(diào)用單例的時(shí)候才會(huì)做同步，這樣也是線(xiàn)程安全的，同時(shí)避免了每次都同步的性能損耗
第3種，利用了classloader的機(jī)制來(lái)保證初始化instance時(shí)只有一個(gè)線(xiàn)程，所以也是線(xiàn)程安全的，同時(shí)沒(méi)有性能損耗，所以一般我傾向于使用這一種。
什么是線(xiàn)程安全？
如果你的代碼所在的進(jìn)程中有多個(gè)線(xiàn)程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線(xiàn)程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。如果每次運(yùn)行結(jié)果和單線(xiàn)程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線(xiàn)程安全的。
或者說(shuō)：一個(gè)類(lèi)或者程序所提供的接口對(duì)于線(xiàn)程來(lái)說(shuō)是原子操作，或者多個(gè)線(xiàn)程之間的切換不會(huì)導(dǎo)致該接口的執(zhí)行結(jié)果存在二義性,也就是說(shuō)我們不用考慮同步的問(wèn)題，那就是線(xiàn)程安全的。
應(yīng)用
以下是一個(gè)單例類(lèi)使用的例子，以懶漢式為例，這里為了保證線(xiàn)程安全，使用了雙重檢查鎖定的方式：
[java]?view plain?copy ?print? public?class?TestSingleton?{?? ????String?name?=?null;?? ?? ????????private?TestSingleton()?{?? ????}?? ?? ????private?static?volatile?TestSingleton?instance?=?null;?? ?? ????public?static?TestSingleton?getInstance()?{?? ???????????if?(instance?==?null)?{???? ?????????????synchronized?(TestSingleton.class)?{???? ????????????????if?(instance?==?null)?{???? ???????????????????instance?=?new?TestSingleton();??? ????????????????}???? ?????????????}???? ???????????}??? ???????????return?instance;?? ????}?? ?? ????public?String?getName()?{?? ????????return?name;?? ????}?? ?? ????public?void?setName(String?name)?{?? ????????this.name?=?name;?? ????}?? ?? ????public?void?printInfo()?{?? ????????System.out.println("the?name?is?"?+?name);?? ????}?? ?? }??
可以看到里面加了volatile關(guān)鍵字來(lái)聲明單例對(duì)象，既然synchronized已經(jīng)起到了多線(xiàn)程下原子性、有序性、可見(jiàn)性的作用，為什么還要加volatile呢，原因已經(jīng)在下面評(píng)論中提到，
還有疑問(wèn)可參考http://www.iteye.com/topic/652440
和http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html
[java]?view plain?copy ?print? public?class?TMain?{?? ????public?static?void?main(String[]?args){?? ????????TestStream?ts1?=?TestSingleton.getInstance();?? ????????ts1.setName("jason");?? ????????TestStream?ts2?=?TestSingleton.getInstance();?? ????????ts2.setName("0539");?? ?????????? ????????ts1.printInfo();?? ????????ts2.printInfo();?? ?????????? ????????if(ts1?==?ts2){?? ????????????System.out.println("創(chuàng)建的是同一個(gè)實(shí)例");?? ????????}else{?? ????????????System.out.println("創(chuàng)建的不是同一個(gè)實(shí)例");?? ????????}?? ????}?? }??
?運(yùn)行結(jié)果：
結(jié)論：由結(jié)果可以得知單例模式為一個(gè)面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序提供了對(duì)象惟一的訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，不管它實(shí)現(xiàn)何種功能，整個(gè)應(yīng)用程序都會(huì)同享一個(gè)實(shí)例對(duì)象。
對(duì)于單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式，知道餓漢式和懶漢式的區(qū)別，線(xiàn)程安全，資源加載的時(shí)機(jī)，還有懶漢式為了實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全的3種方式的細(xì)微差別。
更多設(shè)計(jì)模式：23種設(shè)計(jì)模式系列
作者：jason0539
博客：http://blog.csdn.net/jason0539（轉(zhuǎn)載請(qǐng)說(shuō)明出處）
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