23种设计模式之单例模式

2017/02/13

单例模式是设计模式中使用最为普遍的模式之一,它是一种对象创建模式,用于产生一个对象的具体实例。

概念

单例模式是设计模式中使用最为普遍的模式之一。它是一种对象创建模式,用于产生一个对象的具体实例,它可以确保系统中一个类只产生一个实例。

在Java语言中,这样的行为能带来两大好处。

  1. 对于频繁使用的对象,可以省略创建对象所花费的时间,这对于一些重量级的对象而言,是非常可观的一笔系统开销。
  2. 由于new操作的次数减少,因而对系统内存的使用频率也会降低,这将减轻GC压力,缩短GC停顿时间。

角色

单例模式的参与者非常简单,只有单例类和使用者两个。

  1. 单例类,提供单例的工程,返回单例类。
  2. 使用者,获取并使用单例类。

基本结构

单例模式的核心在于通过一个接口返回唯一的对象实例。

这里写图片描述

饿汉模式

饿汉模式的单例,在JVM加载单例类时,单例对象就会被建立。如果此时,这个单例类在系统中还扮演者其他角色,那么在任何使用这个单例类的地方都会初始化这个单例变量,而不管是否会被用到。

//饿汉模式
public class HungrySingleton {
    //利用静态变量来记录singleton的唯一实例
    private final static HungrySingleton uniqueInstance=new HungrySingleton();

    /**
     * 构造器私有化,只有singleton内部才可以调用
     * 确保不会被其他代码实例化
     */
    private HungrySingleton(){
        System.out.println("HungrySingleton is create");
    }

    public static HungrySingleton getInstance(){
        return uniqueInstance;
    }
    //其他角色
    public static void createString(){
        System.out.println("createString in HungrySingleton");
    }

    public static void main(String[] args) {
        HungrySingleton.createString();
    }
}

运行结果: HungrySingleton is create createString in HungrySingleton

懒汉模式

懒汉模式,实现延迟加载,确保系统启动时没有额外的负载,提高系统在相关函数调用时的反应速度。

线程不安全的懒汉

//线程不安全的懒汉模式
public class NoSafeSingleton {
    //利用静态变量来记录singleton的唯一实例
    private static NoSafeSingleton uniqueInstance;

    /**
     * 构造器私有化,只有singleton内部才可以调用
     * 确保不会被其他代码实例化
     */
    private NoSafeSingleton(){
    }

    //线程不安全
    //第一个线程进来判断 uniqueInstance == null,还没有new 出实例的时候 。
    // 这个时候第二个线程也进来了,判断的uniqueInstance 也是 null,然后也会 new 出实例的
    public static NoSafeSingleton getInstance(){
        if (null==uniqueInstance){
            uniqueInstance=new NoSafeSingleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

线程安全的懒汉

为了使用延迟加载引入的同步关键字反而降低了系统性能。

//线程安全的懒汉模式-实现延迟加载
public class SyncLazySingleton {
	private SyncLazySingleton() {
		System.out.println("SyncLazySingleton is create");
	}

	//instance初始值赋予null,确保系统启动时没有额外的负载
	private static SyncLazySingleton instance = null;

	//使用同步关键字,防止多个实例被创建(多线程环境),synchronized保证线程安全
	public static synchronized SyncLazySingleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new SyncLazySingleton();
		}
		return instance;
	}

	//synchronized保证线程安全,降低了系统性能
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(){
			public void run(){
				long bg = System.currentTimeMillis();
				for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
//					HungrySingleton.getInstance();
					 SyncLazySingleton.getInstance();
				}
				System.out.println("spend:" + (System.currentTimeMillis() - bg)+"ms");
			}
		}.start();
	}
}

HungrySingleton is create spend:5ms

SyncLazySingleton is create spend:22ms

内部类实现单例

使用内部类的方式实现单例,既可以做到延迟加载,也不必使用同步关键字,是一种比较完善的实现。

//安全的懒汉模式-使用内部类实现单例 ,实现延迟加载
public class StaticSingleton {
	private StaticSingleton(){
		System.out.println("StaticSingleton is create");
	}

	//JVM加载 StaticSingleton时不会初始化内部类SingletonHolder
	//当方法getInstance()被调用时,才会加载getInstance()
	private static class SingletonHolder{
		private static StaticSingleton instance=new StaticSingleton();
	}

	public static StaticSingleton getInstance(){
		return SingletonHolder.instance;
	}

	public static void main(String[] args) {
		StaticSingleton instance=StaticSingleton.getInstance();
		System.out.println(instance);
	}
}

单例序列化

//序列化和反序列化可能会破坏单例
public class SerSingleton implements Serializable {

	//私有构造器阻止被实例化
	private SerSingleton() {
	}

	private static class SingletonHolder {
		private static final SerSingleton instance = new SerSingleton();
	}

	public static SerSingleton getInstance() {
		return SingletonHolder.instance;
	}

	//序列化和反序列化可能会破坏单例
	//readResolve method to preserve singleton property
	//阻止生成新的实例,总是返回当前对象
	private Object readResolve(){
		//Return the true one SerSingleton and let garbage collector
		// take care of the SerSingleton impersonator.
		return SingletonHolder.instance;
	}

}

最简洁的单例

//最简洁的单例模式
//无偿地提供了序列化机制,绝对防止多次实例化
public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;

    public static void main(String[] args) {
        SingletonEnum singletonEnum = SingletonEnum.INSTANCE;
        SingletonEnum singletonEnum1 = SingletonEnum.INSTANCE;
        
        System.out.println(singletonEnum == singletonEnum1);
        System.out.println(singletonEnum.getClass());
    }
}

true class org.wuxinshui.boosters.designPatterns.singleton.SingletonEnu

破坏单例

通过反射机制,强行调用单例类的构造函数,生成多个单例,破坏单例模式。

StaticSingleton中添加计数器。

	public static final AtomicInteger counter=new AtomicInteger();
	private StaticSingleton(){
		counter.incrementAndGet();
		System.out.println("The "+(counter.get())+" StaticSingleton instance is created");
	}
//利用反射破坏单例模式
public class ReflectSingleton {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		StaticSingleton singleton = StaticSingleton.getInstance();

		Constructor constructor=singleton.getClass().getDeclaredConstructor();

		//值为 true 则指示反射的对象在使用时应该取消 Java 语言访问检查。
		// 值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。
		constructor.setAccessible(true);

		StaticSingleton singleton2= (StaticSingleton) constructor.newInstance();
		StaticSingleton singleton3= (StaticSingleton) constructor.newInstance();

		System.out.println("singleton2==singleton3 :"+(singleton2==singleton3));
	}
}

运行结果:

The 1 StaticSingleton instance is created
The 2 StaticSingleton instance is created
The 3 StaticSingleton instance is created
singleton2==singleton3 :false

作者:Wuxinshui
出处:http://wuxinshui.github.io
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