设计模式——单例模式（Singleton）

阳光穿透心脏的1/2处 2022-09-21 01:07 257阅读 0赞

要想正确理解设计模式，首先必须明确它是为了解决什么问题而提出来的。

设计模式学习笔记

——Shulin

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单例模式属于设计模式中的创建模式，即创建对象时，不再由我们直接实例化对象，而是根据特定场景，由程序来确定创建对象的方式，从而保证更大的性能、更好的架构优势。

## 1、概念 ##

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。选择单例模式就是为了避免不一致状态。使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

Singleton模式看起来简单，使用方法也很方便，但是真正用好，是非常不容易，需要对Java的类 线程 内存等概念有相当的了解。

总之：如果你的应用基于容器，那么Singleton模式少用或者不用，可以使用相关替代技术。

## 2、特点 ##

1）单例类只能有一个实例

2）单例类必须自己创建自己的唯一实例

3）单例类必须给所有其他对象提供这一实例

## 3、应用举例 ##

在很多操作中，比如建立目录、数据库连接都需要这样的单线程操作。还有, singleton能够被状态化; 这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。

在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

## 4、实现 ##

几种常见单例模式实现方法。通用的单例模式创建思想：

1）使用private修改该类构造器，从而将其隐藏起来，避免程序自由创建该类实例

2）提供一个public方法获取该类实例，且此方法必须使用static修饰（调用之前还不存在对象，因此只能用类调用）

3）该类必须缓存已经创建的对象，否则该类无法知道是否曾经创建过实例，也就无法保证只创建一个实例。为此，该类需要一个静态属性来保持曾经创建的实例。

### 4.1、饿汉模式 ###

基本结构：

public class EagerSingleton {
        private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
        /**
         * 私有默认构造方法
         */
        private EagerSingleton(){}
        /**
         * 静态工厂方法
         */
        public static EagerSingleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }

饿汉式是一种比较形象的称谓。既然饿，那么在创建对象实例的时候就比较着急，于是在装载类的时候就创建对象实例。饿汉式是典型的空间换时间，当类装载的时候就会创建类的实例，不管你用不用，先创建出来，然后每次调用的时候，就不需要再判断，节省了运行时间。

### 4.2、懒汉模式 ###

基本结构：

package org.zsl.designmode;
    /**
     * 懒汉式，需要的时候才创建，典型的时间换空间
     * @author ZSL
     *
     */
    public class LazySingleton {
    	//静态属性用来缓存创建实例
    	private static LazySingleton instance = null;
    	//私有构造方法避免程序自由创建实例
    	private LazySingleton(){}
    	//静态公共方法用于取得该类实例
    	public static synchronized LazySingleton getLazySingletonInstance(){
    		if(instance == null){
    			instance = new LazySingleton();
    		}
    		return instance;
    	}
    }

上面的懒汉式单例类实现里对静态工厂方法使用了同步化，以处理多线程环境。

懒汉式其实是一种比较形象的称谓。既然懒，那么在创建对象实例的时候就不着急。会一直等到马上要使用对象实例的时候才会创建，懒人嘛，总是推脱不开的时候才会真正去执行工作，因此在装载对象的时候不创建对象实例。

懒汉式是典型的时间换空间,就是每次获取实例都会进行判断，看是否需要创建实例，浪费判断的时间。当然，如果一直没有人使用的话，那就不会创建实例，则节约内存空间

由于懒汉式的实现是线程安全的，这样会降低整个访问的速度，而且每次都要判断。那么有没有更好的方式实现呢？

### 4.3、双重检查加锁 ###

可以使用“双重检查加锁”的方式来实现，就可以既实现线程安全，又能够使性能不受很大的影响。

“双重检查加锁”指的是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法后，先检查实例是否存在，如果不存在才进行下面的同步块，这是第一重检查，进入同步块过后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了，从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。

“双重检查加锁”机制的实现会使用关键字volatile，它的意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。

注意：在java1.4及以前版本中，很多JVM对于volatile关键字的实现的问题，会导致“双重检查加锁”的失败，因此“双重检查加锁”机制只只能用在java5及以上的版本。

package org.zsl.designmode;
    /**
     * 双重检查加锁，既实现线程安全，又能够使性能不受很大的影响
     * @author ZSL
     *
     */
    public class Singleton {
    	//被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。
    	private volatile static Singleton instance = null;
    	//私有构造方法
    	private Singleton(){};
    	//公共静态方法获取实例
    	public static Singleton getSingletonInstance(){
    		if(instance == null){	//先检查实例是否存在，不存在，在进行同步
    			synchronized (Singleton.class) {	//同步块，线程安全的创建实例
    				if(instance == null){	//再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例
    					instance = new Singleton();
    				}
    			}
    			
    		}
    		return instance;
    	}
    	
    }

这种实现方式既可以实现线程安全地创建实例，而又不会对性能造成太大的影响。它只是第一次创建实例的时候同步，以后就不需要同步了，从而加快了运行速度。

提示：由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高。因此一般建议，没有特别的需要，不要使用。也就是说，虽然可以使用“双重检查加锁”机制来实现线程安全的单例，但并不建议大量采用，可以根据情况来选用。

（原文地址：[http://blog.csdn.net/zhshulin][http_blog.csdn.net_zhshulin]）

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