单例设计模式

保证对象唯一性
  • 饿汉单例类:
class EagerSingleleton {
  private static EagerSingleleton instance = new EagerSingleleton();
  private EagerSingleleton(){};
  public static EagerSingleleton getInstance(){
    return instance;
  }
}

解释:当类被加载时,静态变量instance会被初始化,此时类的私有构造函数会被调用,单例类的唯一实例被创建。

  • 懒汉式单例类:
class LazySingleleton {
  private static LazySingleleton instance = null;
  private LazySingleleton(){};
  public synchronized static LazySingleleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      instance = new LazySingleleton();
    }
    return instance;
  }
}

解释:解决了多线程同时访问的问题,但是每次调用实例方法时候都需要进行线程锁定判断,在高并发环境下将会导致性能大大降低。

  • 懒汉式单例类优化1:
class LazySingleleton {
  private static LazySingleleton instance = null;
  private LazySingleleton(){};
  public static LazySingleleton getInstance(){
    if (instance == null) {//1
      synchronized(LazySingleleton.class) {//2
        instance = new LazySingleleton();//3
      }
    }
    return instance;
  }
}

解释:解决了高并发的性能问题,但是存在对象不唯一的情况。例如当A,B两个线程先后到达了1处,判断了instance==null,此时A线程被挂起,B线程创建了对象,当B线程完成了对象的创建后,A线程获取执行权,同样进行对象的创建过程,此时A,B两个线程都创建了一个instance,导致对象不唯一,解决办法:双重检查锁定。

  • 懒汉式单例类优化2(double-check):
class LazySingleleton {
  private static volatile LazySingleleton instance = null;
  private LazySingleleton(){};
  public static LazySingleleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      synchronized(LazySingleleton.class) {
        if (instance == null) {
          instance = new LazySingleleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

解释:解决了对象不唯一的情况,并且也解决了每次获取对象时线程锁定带来的性能问题,但是使用了volatile修饰符,屏蔽了虚拟机对代码的优化,也可能导致系统运行效率降低,因此该中方案并不是最优的方案。

饿汉式单例类与懒汉式单例类的比较

饿汉式:类的创建过程在类加载的时候完成,也就是不论该类是否使用都会被加载的内存中,从资源的利用效率上来看,饿汉式不如懒汉式单例。
懒汉式:在第一次使用类的时候创建对象,无须一直占用系统资源,实现了延时加载,但是必须处理好线程的访问的问题,在多线程创建对象时需要考虑检查锁的问题,这将导致系统性能的损失。

一个更好的单例实现方法:
  • 目前遇到的问题:
    • 饿汉式不能实现延时加载,任何时候都占据内存。
    • 懒汉式需要考虑多线程的访问,存在性能损失。
  • 更好的处理方法:
class Singleton{
  private Singleton(){}
  private static class HolderClass{
    private final static Singleton instance = new Singleton();
  }
  public static Singleton getInstance(){
    return HolderClass.instance;
  }
}

解释:如何解决目前遇到的问题:

  • 延时加载:在调用getInstance()方法时,会首次加载内部类HodlerClass,在加载内部类的同时会初始化静态成员变量instance。
  • 多线程问题:初始化对象的过程在内部类HolderClass初始化的同时完成的,所有线程的安全性由Java虚拟机来保证,并可以确保变量只能初始化一次。并且该方法没有任何线程锁定,因此没有性能影响。
单例类的优缺点:
  • 主要优点:
    • 提供了对唯一实例的控制,可以严格控制客户何时访问。
    • 在内存中只存在一个对象,因此可以节约系统资源。
  • 主要缺点:
    • 无抽象层,不易扩展。
适用场景:
  • 系统只使用一个实例对象。
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