设计模式之单例模式

单例模式

单例模式用来创建全局唯一的对象。一个类只允许创建一个对象(或者叫实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例模式。单例有几种经典的实现方式,它们分别是:饿汉式、懒汉式、双重检测、静态内部类、枚举。

饿汉式

优点:简单,线程安全,快

缺点:不能懒加载,可能浪费内存

public final class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}


懒汉式


  • 线程不安全型

优点:延迟加载

缺点:线程不安全,因为重排列可能会产生两个线程同时创建对象的情况(A、B线程同时判断INSTANCE为空,同时创建)。

public final class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE;
    }
}


  • 线程安全型

优点:线程安全,延迟加载

缺点:锁带来性能损耗,每次getInstance都需要同步操作

public final class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE;
    }
}


双重锁校验 (DCL)

优点:对锁的粒度进行了调整,性能更好

缺点:还是会有线程安全问题,对象实例化分三个步骤.

(1)分配内存空间。

(2)初始化对象。

(3)将内存空间的地址赋值给对应的引用。

并非原子性操作,所以如果A线程正在类加载过程中,这个时候B线程访问方法第一行代码,判断已经不为空了,就会直接返回还没有彻底完成实例化的类。

在方腾飞所著<java并发编程的艺术 >书中对这个问题有过阐述

在<java多线程编程核心技术>270页中DCL的示范写法也增加了volatile关键字修饰INSTANCE

public final class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }

        }
        return INSTANCE;
    }
}


静态内部类

优点:延迟加载,且天然多线程友好,性能高

缺点:会被反序列化破坏(可以覆写readResolve())、无法防止反射

public final class Singleton {

    private Singleton() {}

    static class SingletonHolder {
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}


枚举

Effective Java书中推荐用法。

为什么用枚举实现的单例是最好的方式?

在序列化的时候Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中,反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时,编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的,因此禁用了writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法

所以枚举并不是通过反射进行序列化的,jvm对枚举的规定能够防止枚举单例模式被反序列化和反射破坏。

优点:天然防止反射、防止反序列化破坏、线程安全、性能高

public enum Singleton {

    INSTANCE;

    private Object object;

    Singleton() {
        object = new Object();
    }

    public Object getInstance() {
        return object;
    }
}




总结

尽管单例是一个很常用的设计模式,在实际的开发中,我们也确实经常用到它,但是,有些人认为单例是一种反模式(anti-pattern),并不推荐使用,主要的理由有以下几点:

  • 单例对 OOP 特性的支持不友好
  • 单例会隐藏类之间的依赖关系
  • 单例对代码的扩展性不友好
  • 单例对代码的可测试性不友好
  • 单例不支持有参数的构造函数

诚然单例对于单测确实不友好,前提是有外部依赖或者有参数依赖,如果有外部依赖,那最好的方式是使用spring ioc容器管理,然后在单测中使用mock bean注入,并结合mock when语句,达到测试效果。

如果单例类并没有后续扩展的需求,并且不依赖外部系统,那设计成单例类就没有太大问题。对于一些全局类,我们在其他地方 new 的话,还要在类之间传来传去,不如直接做成单例类,使用起来简洁方便。

单例模式还有很多拓展点,进程唯一单例、线程唯一单例、集群唯一单例、多例等。

总体来说是一种设计思想,意图是为了保证实例唯一性,这也是和工厂模式的区别,工厂意图更偏向于封装创建对象这一行为。

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