单例模式

单例模式的介绍

单例模式是应用中最广的模式之一,在应用这个模式时,单例对象的类必须保证只有一个实例的存在,一般在很消耗资源,不能够自由构造对象的情况下使用这种模式。

单例模式的定义

确保某一个类只有一个实例,并且这个类自己实例并向整个系统提供这个实例。简而言之就是,在整个应用中只存在这个类的一个实例,而且这个类的对象就在这个类中进行new,其他类可以调用到这个实例。

单例模式的使用场景

首先是确保某个类有且只有一个对象的场景,避免产生多个对象消耗过多的资源,比如:访问IO和数据库、下载数据等,或者某种类型的对象只能存在一个的情况下。

实现单例的关键点:

  1. 构造函数不对外开放,一般使用private
  2. 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象
  3. 确保单例类的对象有且只有一个,尤其在多线程的情况下
  4. 确保单例类的对象在反序列时不会重新构建对象

单例模式的简单示例

一个公司有多名员工,但只有一个CEO类,这里我们使用单例模式创建一个CEO类,CEO也是员工,所以实现CEO继承员工类(员工类不写出来了),这个模式的实现核心在于将CEO类的构造方法私有化,用外部不能通过构造函数来实例化CEO对象,而CEO类可以通过一个公有静态方法返回一个静态对象。

饿汉模式

饿汉单例模式是在声明静态对象的时候就初始化

public class CEO extends Staff{
    private static final CEO mCeo=new CEO();        //声明对象时就实例化

    //构造方法
    public CEO(){};

    //公有的静态方法,对外暴露出CEO对象
    public static CEO getCEO(){
        return mCeo;
    }
}

懒汉模式

懒汉模式与饿汉模式不同的是,懒汉模式是声明一个对象,并且在用户第一次调用getInstant时的时候进行初始化。

    public class Singleton{
        private static Singleton instance;

        //构造方法私有化
        private Singleton(){};

        //使用同步方法,在多线程的情况下保证了单例对象的唯一性,但当instance实例化后仍然会调用同步方法,这样会消耗不必要的资源
        public static synchronized Singleton getInstance(){
            if(instance==null){
                instance=new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }

懒汉单例模式的优点: 单例只有在使用的时候才会被实例化,在一定的程度上节约了资源。
懒汉单例模式的缺点: 第一次加载时需要及时进行实例化,反应稍慢,每次调用getInstance方法都要进行同步, 造成不必要的同步开销。

DCL实现单例

DCL模式是使用最多的单例实现方式。

优点: 既能在单例使用时才初始化单例,又能保证线程安全,且单例对象初始化后调用getInstance不进行同步锁。

public class Singleton{
        private static Singleton instance;

        //构造方法私有化
        private Singleton(){};

        public static Singleton getInstance(){
            if(instance==null){
                Synchronized(Singleton.class){
                    if(instance==null){
                        instance=new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

在getInstance方法中对instance进行了两次判空,第一次为了避免不必要的同步,第二次是为了在null的情况下创建实例。这是什么意思了?首先来看“instance=new Singleton()”这条语句,执行这句代码后计算机会大概做3件事:

  1. 给Singleton的实例分配内存
  2. 调用Singleton()的构造函数,初始化成员字段
  3. 将instance对象指向分配的内存空间(此时instance就不是null了)

由于java编译器允许处理器乱序执行,因此上面的2、3步骤的顺序是无法保证,如果在3执行完后、2未执行前从线程A切换到线程B上,这时instance在A中执行了第三步,instance已经是非空的了,所以B取走instance再使用就会出错,这是DCL失效的问题。

DCL优点: 资源利用率高,第一次执行getInstance时单例对象才会被实例化,效率高
DLC缺点: 第一次加载时反应较慢,在高并发的情况下还是会有一定的缺点,但发生的概率较低。

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