单例模式(Singleton)

单例模式:保证一个类只有一个实例,并且提供一个可以访问的全局入口。

优点:节省内存、节省计算、方便管理
应用举例:无状态的工具类(日志工具、字符串工具)、全局信息类(全局记数、环境变量)
常见的五种写法:从简单到难递进

饿汉式写法:

优点:类装载的时候就完成了初始化,避免了线程同步的问题。
缺点:从始至终没有使用实例,造成内存浪费。

/**
 * 饿汉式:
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}
静态代码块:

优点:类装载的时候就完成了初始化,避免了线程同步的问题。同(饿汉式)
缺点:从始至终没有使用实例,造成内存浪费。同(饿汉式)

/**
 * 静态代码块
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    static {
        singleton = new Singleton();
    }

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}
懒汉式:

优点:在getInstance被调用的时候,才实例化对象。
缺点:只能在单线程下使用,多想成环境下,如果一个线程通过 if (singleton == null) {}还没往下执行,另一个线程也通过if (singleton == null) {}这时会多次创建实例。

/**
 * 懒汉式
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
线程安全懒汉式:

优点:解决了懒汉式线程安全问题。
缺点:效率太低,多个线程不能同时访问getInstance()方法,不能防止反序列化,生成多个实例。

/**
 * 线程安全懒汉式
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
双重检查模式:

优点:实例代码只调用一次,后来判断**if (singleton == null) 只需要判断外层即可跳出,同时线程安全,延迟加载,效率更高。
缺点:效率太低,多个线程不能同时访问getInstance()方法。
1、为什么要判断两次为空?去掉第二层可以吗?
答案:两个线程同时调用getInstance方法,并且singleton为null,两个线程都可以通过第一层为null判断,由于锁机制的存在,一个线程执行完singleton = new Singleton()之后退出synchronized保护区域,如果没有第二层if (singleton == null)判断,第二个线程也会执行singleton = new Singleton(),这样就破坏了单例。
如果去掉第一个 if (singleton == null)所有线程会串行执行,效率低下

2、为什么要加volatile?
答案:singleton = new Singleton()并非原子操作,在JVM中至少做了三件事。
1)给singleton分配内存空间
2)调用Singleton的构造函数来初始化singleton
3)将singleton对象指向分配的内存空间(执行完singleton就不是null了)
存在重排序的优化,可能执行顺序为1)3)2),当执行完3)后对象已经实例化,但并未初始化,其他线程使用该对象就会报错,其他线程使用报错后,对象才被初始化,可是已经晚了。

** volatile可以禁止指令重排,使其按照1)2)3)顺序执行

/**
 * 双重检查模式
 */
public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

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

静态内部类的写法:

优点:线程安全,需要实例时才时例化,延迟加载,效率高。
缺点:不能防止反序列化,生成多个实例。

/**
 * 静态内部类
 */
public class Singleton {

    private Singleton() {

    }

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton singleton = new Singleton();

    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.singleton;
    }
}
枚举式写法

优点:避免多线程同步,JVM保证线程安全(反编译之后看到各个枚举项目通过static来定义和初始化,类加载时被初始化),防止反序列化、反射,破坏单例。其中java还针对枚举类序列化做了规定,仅仅讲枚举类的name属性输出到结果中,反序列化时通过java.lang.Enum的valueof根据名字查找对西那个,而不是新建一个对象。如果反射枚举类会抛出异常。

/**
 * 枚举式
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void whateverMethod() {
        System.out.println("执行了单例方法,例如返回环境变量信息");

    }

    public static void main(String[] args) {
        //使用枚举写法表示的单例类
        Singleton.INSTANCE.whateverMethod();
    }
}
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