Java单例模式8种方式 详解

Singleton

所谓单例，指的就是单实例，有且仅有一个类实例。
运用场景很多，例如网站的在线人数，window系统的任务管理器，网站计数器等等，这些都是单例模式的运用。单例模式有常见的8种形式，如下：

1.Lazy1【不可用】

• 懒汉式1：

  • 线程不稳定

  • 延迟初始化

  • 多线程不安全

  • 是最基本的实现方式，不支持多线程，因为没有synchronized加锁，多线程不能工作。

  • 实现图

  

  • 多线程则会出现，当Singleton_Lazy1类刚刚被初始化，instance对象还是空，这时候两个线程同时访问到getInstance方法，因为Instance是空，所以A\B两个线程都通过了instance为空的判断，则A\B两个线程都会实例化对象，单例失败。

    不加同步的懒汉式是线程不安全的，如下示例：

2.Lazy2（同步方法）【不建议使用】

• 懒汉式2：

  • 线程稳定

  • 延迟初始化

  • 多线程安全

  • 优点：调用才初始化，避免内存浪费。

  • 缺点：必须加锁synchronized才能保证单例，但每次调用都要加锁会影响效率。

  • 实现图
    

  • 利用synchronized关键字对getInstance方法加锁使得多线程安全且稳定但效率不高。

    多线程实现方法，如下图所示：

  

3.DCL1（同步代码块）【不可用】

• 双重检测机制：

  • 延迟初始化

  • 多线程不安全

  • 线程稳定

  • 1.为了防止new Singleton被执行多次，因此在new操作之前加上Synchronized 同步锁，锁住整个类（注意，这里不能使用对象锁）。

  • 2.进入Synchronized 临界区以后，还要再做一次判空。因为当两个线程同时访问的时候，线程A构建完对象，线程B也已经通过了最初的判空验证，不做第二次判空的话，线程B还是会再次构建instance对象。这种同步并不能起到线程同步的作用

     private Singleton() {
             }  //私有构造函数
     private static Singleton instance = null;  //单例对象
     public static Singleton getInstance() {
             
            if (instance == null) {
                   //双重检测机制
             synchronized (Singleton.class){
               //同步锁
               if (instance == null) {
                  //双重检测机制
                 instance = new Singleton();
                   }
                }
             }
            return instance;
        }
    

  • 但是这样的双重检测机制仍然不是绝对线程安全！这里涉及到JVM编译器的指令重排。

    一般创建一个对象的时候会有三个步骤：

    instance = new Singleton
    Value =allocate();    //1：分配对象的内存空间 
    ctorInstance(Value);  //2：初始化对象 
    instance =Value;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址 
    

    但这三步并不是固定不变的，有可能会经过JVM和CPU的优化，指令将会重排为：

    instance = new Singleton
    Value =allocate();  //1：分配对象的内存空间 
    instance =Value;   //3：设置instance指向刚分配的内存地址 
    ctorInstance(Value); //2：初始化对象 
    

    当线程A执行完1、3时，instance对象还未完成初始化，但是已经不知向null。这个时候如果B线程进入CPU，则会抢先执行if(instance == null)的判断结果为false，这个时候getInstance方法则会返回一个没有初始化完成的instance对象，结果如下图：

    

4.DCLPro【推荐使用】

• 双检锁/双重校验锁(DCL，即 double-checked locking):

  • 线程稳定

  • 延迟初始化

  • 多线程安全

  • volatile关键字是防止创建对象时的重排序，在访问volatile变量时不会执行加锁操作。

    volatile关键字不但可以防止指令重排，也可以保证线程访问的变量值是主内存中的最新值。

  • 完美解决3.Lazy3的问题。

5.Hunger1（静态常量）【可用】

• 饿汉式（静态常量）：

  • 线程稳定

  • 不会延迟加载

  • 多线程安全

  • 优点：采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程，避免了线程同步问题。没有用synchronized进行加锁，提高执行效率。

  • 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到延迟加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

    

6.Hunger2（静态代码块）【可用】

• 饿汉式（静态代码块）：

  • 线程稳定

  • 不会延迟初始化

  • 多线程安全

  • 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。没有用synchronized进行加锁，提高执行效率。

  • 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到延迟加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

  • 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。

    static{
             
       instance = new Singleton_Hunger2;
    }
    

7.Pattern（静态内部类）【推荐使用】

• 静态内部类：

  • 线程稳定

  • 延迟加载

  • 多线程安全

  • 优点：和5.Hunger1类似，采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
    但静态内部类则可以达到延迟加载的效果，在Singleton_Pattern类被装载的时候并不会马上实例化，而是在需要实例化的时候再调用getInstance方法实例化，这样才会装载静态内部类SingletonInstance，从而达到Singleton_Pattern的实例化。 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，如此在类初始化的时候其他进程是无法进入的，从而保护了线程的安全。

  • 总结为：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。

    

8.Enum【推荐使用】

不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。代码简洁。使用起来方便。

9.总结

1.Singleton_Lazy1：

public class Singleton_Lazy1 {
     
	private Singleton_Lazy1() {
     
	};

	private static Singleton_Lazy1 instance = null;

	public static Singleton_Lazy1 getInstance() {
     
		if (instance == null) {
     
			instance = new Singleton_Lazy1();
		}
		return instance;
	}
}

2.Singleton_Lazy2：

public class Singleton_Lazy2 {
     
	private Singleton_Lazy2() {
     
	};

	private static Singleton_Lazy2 instance = null;

	public static synchronized Singleton_Lazy2 getInstance() {
     
		if (instance == null) {
     
			instance = new Singleton_Lazy2();
		}
		return instance;
	}
}

3.Singleton_DCL1：

public class Singleton_DCL1 {
     
	private Singleton_DCL1() {
     
	};

	private static Singleton_DCL1 singleton;

	public static Singleton_DCL1 getInstance() {
     
		if (singleton == null) {
     
			synchronized (Singleton_DCL1.class) {
     
					singleton = new Singleton_DCL1();
			}
		}
		return singleton;
	}
}

4.Singleton_DCLPro：

public class Singleton_DCLPro {
     
	private Singleton_DCLPro() {
     
	};

	private volatile static Singleton_DCLPro singleton;

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

5.Singleton_Hunger1：

public class Singleton_Hunger1 {
     
	private final static Singleton_Hunger1 INSTANCE = new Singleton_Hunger1();

	private Singleton_Hunger1() {
     
	};

	public static Singleton_Hunger1 getInstance() {
     
		return INSTANCE;
	}
}

6.Singleton_Hunger2：

public class Singleton_Hunger2 {
     
	private static Singleton_Hunger2 instance;
	static {
     
		instance = new Singleton_Hunger2();
	}

	private Singleton_Hunger2() {
     
	};

	public Singleton_Hunger2 getInstance() {
     
		return instance;
	}
}

7.Singleton_Pattern：

public class Singleton_Pattern {
     
	private Singleton_Pattern() {
     
	};

	private static class SingletonInstance {
     
		private static final Singleton_Pattern INSTANCE = new Singleton_Pattern();
	}

	public Singleton_Pattern getSingleton() {
     
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

8.Singleton_E：

public enum Singleton_E {
     
	INSTANCE;
	public void whateverMethod() {
     
		System.out.println("这是一个枚举单例");
	}
}

关键字

synchronized

synchronized的使用

• 修饰实例方法，对当前实例对象加锁
• 修饰静态方法，多当前类的Class对象加锁
• 修饰代码块，对synchronized括号内的对象加锁

volatile

在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。

volatile关键字是防止创建对象时的重排序，在访问volatile变量时不会执行加锁操作。

volatile关键字不但可以防止指令重排，也可以保证线程访问的变量值是主内存中的最新值。