Java单例模式分析

单例模式

为什么要用单例

确保某个类只有一个对象,常用于访问数据库操作,服务的配置文件等。

单例的关键点

1、默认构造函数为private,复制构造函数和复制赋值函数也要private或=delete禁用。(做到无法被外部其他对象构造)

2、通过一个静态方法或枚举返回单例类对象。

3、确保多线程的环境下,单例类对象只有一个。

几种写法

本文主要介绍C++的懒汉式和饿汉式写法。

懒汉式

需要生成唯一对象时(调用GetInstance时),才生成

线程不安全的错误写法

class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 释放单例避免内存泄露
    static void deleteInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private,被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

// 初始化为NULL,与后面形成对比
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    // 多线程情况下,一个线程通过if检查但是还未new出单例时,另一个线程也通过了if检查,导致new出多个对象
    if (m_SingleInstance == NULL)
    {
        m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
    }
    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

线程安全的双检锁写法

class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 释放单例避免内存泄露
    static void deleteInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private,被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

// 初始化为NULL,与后面形成对比
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    // 如果直接在外面锁,功能也ok,但每次运行到这个地方便需要加一次锁,非常浪费资源
    // 在里面加锁,初始化时存在加锁的情况,初始化之后,外层if都为false,直接返回,避免加锁
    if (m_SingleInstance == NULL) 
    {
        std::unique_lock lock(m_Mutex); // Lock up
        if (m_SingleInstance == NULL)
        {
            m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
        }
    }
    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

线程安全的局部静态变量写法

推荐

class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private,被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
};

SingleInstance& SingleInstance::GetInstance()
{
	// 局部静态变量(一般为函数内的静态变量)在第一次使用时分配内存并初始化。
    static SingleInstance m_SingleInstance;
    return m_SingleInstance;
}

饿汉式

进程运行前(main函数执行),就创建

线程安全的进程运行前初始化写法

class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private,被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
	static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    return m_SingleInstance;
}

// 全局变量、文件域的静态变量和类的静态成员变量在main执行之前的静态初始化过程中分配内存并初始化
Singleton* Singleton::g_pSingleton = new (std::nothrow) Singleton;
int main()
{
	return 0;
}

线程安全的类静态成员变量写法

class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 全局变量、文件域的静态变量和类的静态成员变量在main执行之前的静态初始化过程中分配内存并初始化。
    static SingleInstance m_SingleInstance;
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private,被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
};

SingleInstance& SingleInstance::GetInstance()
{
    return m_SingleInstance;
}

静态内部类写法

JAVA

/**
 * 静态内部类实现单例模式
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    /**
     * 静态内部类
     */
    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
}

第一次加载Singleton类时不会初始化instance,只有在第一次调用getInstance()方法时,虚拟机会加载SingletonHolder类,初始化instance。
这种方式既保证线程安全,单例对象的唯一,也延迟了单例的初始化,推荐使用这种方式来实现单例模式。

枚举单例

JAVA

/**
 * 枚举实现单例模式
 */
public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        System.out.println("do something");
    }
}

默认枚举实例的创建是线程安全的,即使反序列化也不会生成新的实例,任何情况下都是一个单例。
优点: 简单!

容器实现单例

JAVA

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
 * 容器类实现单例模式
 */
public class SingletonManager {
    private static Map objMap = new HashMap();

    public static void regsiterService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

SingletonManager可以管理多个单例类型,使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式可以通过统一的接口获取操作,隐藏了具体实现,降低了耦合度。

参考

单例模式的6种实现方式

软件开发常用设计模式—单例模式总结(c++版)

https://stackoverflow.com/questions/1008019/c-singleton-design-pattern

https://programmer.ink/think/summary-of-c-thread-safety-singleton-patterns.html

总结

本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注脚本之家的更多内容!

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