深入java單例模式

Aomine 發(fā)布于2019-08-16 10:40 / 2023人閱讀

摘要：單例是應(yīng)用開發(fā)中一種設(shè)計模式，主要應(yīng)用場景為當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)中只能保留一個對象時使用。本文提出中可以在生產(chǎn)環(huán)境中使用的單例設(shè)計模式。在的一書中給出了三種單例設(shè)計模式采用靜態(tài)變量這種寫法使用了私有的構(gòu)造方法。

單例是應(yīng)用開發(fā)中一種設(shè)計模式，主要應(yīng)用場景為：當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)中只能保留一個對象時使用。本文提出4中可以在生產(chǎn)環(huán)境中使用的單例設(shè)計模式。推薦使用enum的方式。

應(yīng)用場景

例如一下應(yīng)用場景[1]：
1、 Windows的Task Manager（任務(wù)管理器）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開兩個windows task manager嗎？

2、網(wǎng)站的瀏覽人數(shù)統(tǒng)計，一般也是采用單例模式實現(xiàn)，否則難以同步。

3、應(yīng)用程序的日志應(yīng)用，一般都何用單例模式實現(xiàn)，這一般是由于共享的日志文件一直處于打開狀態(tài)，因為只能有一個實例去操作，否則內(nèi)容不好追加。

//todo
在joshua block 的《effective java second edition》一書中給出了三種單例設(shè)計模式

1、采用靜態(tài)變量：

public class TaskManager {
        public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager ();
        private TaskManager (){}
        //...
}

這種寫法使用了私有的構(gòu)造方法。來保證只能有一個實例,但是這種方法也有例外情況，因為，你可以通過反射來調(diào)用私有構(gòu)造方法。這個時候你可以拋出異常。以下代碼僅作為參考。

public class TaskManager {
    public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {
        if (INSTANCE != null) {
            try {
                throw new Exception("An object already exists");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //...
}

2、采用靜態(tài)方法

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

    private TaskManager() {}

    public static TaskManager getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    //...
}

3、采用enum的方式

這種模式是目前最佳的，因為：
1、JVM會保證enum不能被反射并且構(gòu)造器方法只執(zhí)行一次。
2、此方法無償提供了序列化機制，絕對防止反序列化時多次實例化。
3、運行時（compile-time ）創(chuàng)建對象（懶加載） // todo 關(guān)于cmpile-time和run-time有時間我多帶帶寫一篇文章。

enum是jdk5的特性，現(xiàn)在（2017）web應(yīng)用普遍在jdk6、7、8，所以可以放心使用。

目前最佳的方式是使用接口的方式(解耦):

interface Resource {
    Object doSomething();
}

public enum SomeThing implements Resource {
    INSTANCE {
        @Override
        public Object doSomething() {
            return "I am a Singleton nstance";
        }
    };
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.doSomething());
    }
}

或者不使用接口的形式

public enum SomeThing {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("INSTANCE = " + INSTANCE);
    }

}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        SomeThing.INSTANCE.doSomething();
    }
}

也有人用其他的方式，我對這種方法持強烈反對,具體可以參考文獻4，以下代碼僅做參考

class Resource {
}

public enum SomeThing {
    INSTANCE;
    private Resource instance;

    SomeThing() {
        instance = new Resource();
    }

    public Resource getInstance() {
        return instance;
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.getInstance());
    }
}

在其他文章中有提到“懶漢”、“惡漢”的名詞，其實懶漢主要就是"懶"加載[注：指在使用時裝載，不使用時不進行裝載]

有人提出這種懶漢設(shè)計

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

很顯然這種設(shè)計線程不安全，一般不會使用。
有人又提出了懶漢改進的方法，使其線程安全。

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

這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的lazy loading，但是，遺憾的是,因為是重量級鎖，效率很低。

于是有人提出了雙重校驗鎖機制,這個用的也比較多。

下面代碼就是用double checked locking 方法實現(xiàn)的單例，這里的getInstance()方法要檢查兩次，確保是否實例INSTANCE是否為null或者已經(jīng)實例化了，這也是為什么叫double checked locking 模式。

/**
* Singleton pattern example with Double checked Locking
*/
public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;
 
     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}
 
     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

參考文獻：
[1] Jason Cai, 設(shè)計模式之——單例模式(Singleton)的常見應(yīng)用場景
[2] cantellow, 單例模式的七種寫法
[3] Javarevisited, 單例模式中為什么用枚舉更好
[4] natsumi, Java枚舉實現(xiàn)單例模式
[5] zejian_，深入理解Java枚舉類型(enum)