适用场景:
无状态的工具类,很多工具类我们只需要一个实例,节省内存。但是大家的写法非常多,正确的写法却很少看见,希望看完这篇文章能够帮你梳理清楚。
饿汉式:不管你用的用不上,一开始就建立这个单例对象(就像一个饥饿的人)
懒汉式:是在你真正用到的时候才去建这个单例对象(就像一个懒惰的人)
1.饿汉式(静态常量)【可用】
/**
* 描述: 饿汉式(静态常量)(可用)
*/
public class Singleton1 {
private final static Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
private Singleton1() {
}
public static Singleton1 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
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。
缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading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。
2.饿汉式(静态代码块)【可用】
/**
* 描述: 饿汉式(静态代码块)(可用)
*/
public class Singleton2 {
private final static Singleton2 INSTANCE;
static {
INSTANCE = new Singleton2();
}
private Singleton2() {
}
public static Singleton2 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
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。优缺点和上面是一样的。
3.懒汉式(线程不安全)【不可用】
/**
* 描述: 懒汉式(线程不安全)
*/
public class Singleton3 {
private static Singleton3 instance;
private Singleton3() {
}
public static Singleton3 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton3();
}
return instance;
}
}
这种写法起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。如果在多线程下,一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会多次创建实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
4.懒汉式(线程安全,同步方法)【不推荐用】
/**
* 描述: 懒汉式(线程安全)(不推荐)
*/
public class Singleton4 {
private static Singleton4 instance;
private Singleton4() {
}
public synchronized static Singleton4 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton4();
}
return instance;
}
}
解决上面第三种实现方式的线程不安全问题,做个线程同步就可以了,于是就对getInstance()方法进行了线程同步。
缺点:效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低要改进。
5.懒汉式(线程安全,同步代码块)【不可用】
/**
* 描述: 懒汉式(线程不安全)(不推荐)
*/
public class Singleton5 {
private static Singleton5 instance;
private Singleton5() {
}
public static Singleton5 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton5.class) {
instance = new Singleton5();
}
}
return instance;
}
}
由于第四种实现方式同步效率太低,所以摒弃同步方法,改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。
6.双重检查【推荐用】
/**
* 描述: 双重检查(推荐面试使用)
*/
public class Singleton6 {
private volatile static Singleton6 instance;
private Singleton6() {
}
public static Singleton6 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton6.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton6();
}
}
}
return instance;
}
}
Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生,如代码中所示,我们进行了两次if (singleton == null)检查,这样就可以保证线程安全了。这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (singleton == null),直接return实例化对象。这里的synchronized不能采用synchronized(this),因为getInstance是一个静态方法,在它内部不能使用未静态的或者未实例的类对象。
优点:线程安全;延迟加载;效率较高。
6.1 为什么要double-check
6.1.1 需要第二重的原因
考虑这样一种情况,就是有两个线程同时到达,即同时调用getInstance()方法,此时由于instance == null,所以很明显,两个线程都可以通过第一重的singleton== null,进入第一重if语句后,由于存在锁机制,所以会有一个线程进入lock语句并进入第二重 singleton == null,而另外的一个线程则会在lock语句的外面等待。
而当第一个线程执行完new Singleton()语句后,便会退出锁定区域,此时,第二个线程便可以进入lock语句块,此时,如果没有第二重singleton == null的话,那么第二个线程还是可以调new Singleton()语句,这样第二个线程也会创建一个Singleton实例,这样也还是违背了单例模式的初衷的,所以这里必须要使用双重检查锁定。
6.1.2 需要第一重的原因
细心的朋友一定会发现,如果去掉第一重singleton == null,程序还是可以在多线程下安全运行的。
考虑在没有第一重 singleton == null 的情况:当有两个线程同时到达,此时,由于 lock 机制的存在,假设第一个线程会进入lock语句块,并且可以顺利执行new Singleton(),当第一个线程退出lock语句块时,singleton这个静态变量已不为 null 了,所以当第二个线程进入lock时,会被第二重singleton == null挡在外面,而无法执行new Singleton(),以在没有第一重singleton == null的情况下,也是可以实现单例模式的。
那么为什么需要第一重singleton == null呢?
这里就涉及一个性能问题了,因为对于单例模式的话,new Singleton()只需要执行一次就 OK 了,
而如果没有第一重singleton == null的话,每一次有线程进入getInstance()时,均会执行锁定操作来实现线程同步,这是非常耗费性能的,而如果我加上第一重singleton == null的话,那么就只有在第一次执行锁定以实现线程同步,而以后的话,便只要直接返回 Singleton 实例就OK了,而根本无需再进入lock语句块了,这样就可以解决由线程同步带来的性能问题了。
6.1.3 为什么要用volatile
主要在于instance = new Singleton()这句,这并非是一个原子操作,事实上在 JVM 中这句话做了下面 3 件事情:
1.给instance分配内存
2.调用Singleton的构造函数来初始化成员变量
3.将instance对象指向分配的内存空间(执行完这步instance就为非null了)
但是在JVM的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,已经线程一被调度器暂停,此时线程二刚刚进来第一重检查,看到的 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化,里面的值可能是null/false/0,总之不是构造函数中指定的值),所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错或者是看到了非预期的值(因为此时属性的值是默认值而不是所需要的值)。
不过,如果线程一已经从把synchronized 同步块的代码都执行完了,那么此时instance一定是正确构造后的实例了,这是由synchronized的heppens-before保证的。
7.静态内部类【推荐用】
/**
* 描述: 静态内部类方式,可用
*/
public class Singleton7 {
private Singleton7() {
}
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
}
public static Singleton7 getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似,但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化,没有Lazy-Loading的作用,而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完成Singleton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,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。
优点:避免了线程不安全,延迟加载,效率高。
8.枚举【推荐用】
/**
* 描述: 枚举单例
*/
public enum Singleton8 {
INSTANCE;
public void whatever() {
}
}
借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,还是懒加载,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
9.结论
枚举最好。《Effective Java》中明确表达过的观点:“使用枚举实现单例的方法虽然还没有广泛采用,但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。”
10.为什么推荐枚举
10.1 写法简单
枚举比任何其他的写法都简单,很优雅。
10.2 线程安全有保障
我们定义的一个枚举,在第一次被真正用到的时候,会被虚拟机加载并初始化,而这个初始化过程是线程安全的。而我们知道,解决单例的并发问题,主要解决的就是初始化过程中的线程安全问题。
所以,由于枚举的以上特性,枚举实现的单例是天生线程安全的。
10.3 避免反序列化破坏单例
普通的Java类的反序列化过程中,会通过反射调用类的默认构造函数来初始化对象。所以,即使单例中构造函数是私有的,也会被反射给破坏掉。由于反序列化后的对象是重新new出来的,所以这就破坏了单例。但是,枚举的反序列化并不是通过反射实现的。所以,也就不会发生由于反序列化导致的单例破坏问题。