Java实现单例模式的9种方法
大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
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一. 什么是单例模式
因进程需要，有时我们只需要某个类同时保留一个对象，不希望有更多对象，此时，我们则应考虑单例模式的设计。
二. 单例模式的特点
1、单例模式只能有一个实例。
2、单例类必须创建自己的唯一实例。
3、单例类必须向其他对象提供这一实例。
三. 单例模式VS静态类
在知道了什么是单例模式后，我想你一定会想到静态类，“既然只使用一个对象，为何不干脆使用静态类？”，这里我会将单例模式和静态类进行一个比较。
1、单例可以继承和被继承，方法可以被override，而静态方法不可以。
2、静态方法中产生的对象会在执行后被释放，进而被GC清理，不会一直存在于内存中。
3、静态类会在第一次运行时初始化，单例模式可以有其他的选择，即可以延迟加载。
4、基于2， 3条，由于单例对象往往存在于DAO层（例如sessionFactory），如果反复的初始化和释放，则会占用很多资源，而使用单例模式将其常驻于内存可以更加节约资源。
5、静态方法有更高的访问效率。
6、单例模式很容易被测试。
几个关于静态类的误解：
误解一：静态方法常驻内存而实例方法不是。
实际上，特殊编写的实例方法可以常驻内存，而静态方法需要不断初始化和释放。
误解二：静态方法在堆(heap)上，实例方法在栈(stack)上。
实际上，都是加载到特殊的不可写的代码内存区域中。
静态类和单例模式情景的选择：
情景一：不需要维持任何状态，仅仅用于全局访问，此时更适合使用静态类。
情景二：需要维持一些特定的状态，此时更适合使用单例模式。
四. 单例模式的实现
1. 懒汉模式（线程不安全）
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
}
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
return instance;
}
}如上，通过提供一个静态的对象instance，利用private权限的构造方法和getInstance()方法来给予访问者一个单例。
缺点是，没有考虑到线程安全，可能存在多个访问者同时访问，并同时构造了多个对象的问题。之所以叫做懒汉模式，主要是因为此种方法可以非常明显的lazy loading。
针对懒汉模式线程不安全的问题，我们自然想到了，在getInstance()方法前加锁，于是就有了第二种实现。
2. 线程安全的懒汉模式（线程安全）
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
}
public static synchronized SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
return instance;
}
}然而并发其实是一种特殊情况，大多时候这个锁占用的额外资源都浪费了，这种打补丁方式写出来的结构效率很低。
3. 饿汉模式（线程安全）
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
private SingletonDemo(){
}
public static SingletonDemo getInstance(){
return instance;
}
}直接在运行这个类的时候进行一次loading，之后直接访问。显然，这种方法没有起到lazy loading的效果，考虑到前面提到的和静态类的对比，这种方法只比静态类多了一个内存常驻而已。
4. 静态类内部加载（线程安全）
public class SingletonDemo {
private static class SingletonHolder{
private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
}
private SingletonDemo(){
System.out.println("Singleton has loaded");
}
public static SingletonDemo getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}使用内部类的好处是，静态内部类不会在单例加载时就加载，而是在调用getInstance()方法时才进行加载，达到了类似懒汉模式的效果，而这种方法又是线程安全的。
5. 枚举方法（线程安全）
enum SingletonDemo{
INSTANCE;
public void otherMethods(){
System.out.println("Something");
}
}Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，在我看来简直是来自神的写法。解决了以下三个问题：
(1)自由串行化。
(2)保证只有一个实例。
(3)线程安全。
如果我们想调用它的方法时，仅需要以下操作：
public class Hello {
public static void main(String[] args){
SingletonDemo.INSTANCE.otherMethods();
}
}这种充满美感的代码真的已经终结了其他一切实现方法了。
Josh Bloch 对这个方法的评价： 这种写法在功能上与共有域方法相近，但是它更简洁，无偿地提供了串行化机制，绝对防止对此实例化，即使是在面对复杂的串行化或者反射攻击的时候。虽然这中方法还没有广泛采用，但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。 枚举单例这种方法问世以来，许多分析文章都称它是实现单例的最完美方法——写法超级简单，而且又能解决大部分的问题。 不过我个人认为这种方法虽然很优秀，但是它仍然不是完美的——比如，在需要继承的场景，它就不适用了。
6. 双重校验锁法（通常线程安全，低概率不安全）
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
System.out.println("Singleton has loaded");
}
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (SingletonDemo.class){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
}接下来我解释一下在并发时，双重校验锁法会有怎样的情景：
STEP 1. 线程A访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，所以进入了锁定块。
STEP 2. 线程B访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，得以访问接下来代码块，而接下来代码块已经被线程1锁定。
STEP 3. 线程A进入下一判断，因为单例还没有实例化，所以进行单例实例化，成功实例化后退出代码块，解除锁定。
STEP 4. 线程B进入接下来代码块，锁定线程，进入下一判断，因为已经实例化，退出代码块，解除锁定。
STEP 5. 线程A获取到了单例实例并返回，线程B没有获取到单例并返回Null。
理论上双重校验锁法是线程安全的，并且，这种方法实现了lazyloading。
7. 第七种终极版 （volatile） 对于6中Double-Check这种可能出现的问题（当然这种概率已经非常小了，但毕竟还是有的嘛~），解决方案是：只需要给instance的声明加上volatile关键字即可，volatile版本如下：
public class Singleton{
private volatile static Singleton singleton = null;
private Singleton() { }
public static Singleton getInstance() {
if (singleton== null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton== null) {
singleton= new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}volatile关键字的一个作用是禁止指令重排，把instance声明为volatile之后，对它的写操作就会有一个内存屏障（什么是内存屏障？），这样，在它的赋值完成之前，就不用会调用读操作。 注意：volatile阻止的不singleton = newSingleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排，而是保证了在一个写操作（[1-2-3]）完成之前，不会调用读操作（if (instance == null)）。 也就彻底防止了6中的问题发生。
8. 使用ThreadLocal实现单例模式（线程安全）
public class Singleton {
private static final ThreadLocal<Singleton> tlSingleton =
new ThreadLocal<Singleton>() {
@Override
protected Singleton initialValue() {
return new Singleton();
}
};
/**
* Get the focus finder for this thread.
*/
public static Singleton getInstance() {
return tlSingleton.get();
}
// enforce thread local access
private Singleton() {}
}ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。
9. 使用CAS锁实现（线程安全）
/**
* 更加优美的Singleton, 线程安全的
*/
public class Singleton {
/** 利用AtomicReference */
private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>();
/**
* 私有化
*/
private Singleton(){
}
/**
* 用CAS确保线程安全
*/
public static final Singleton getInstance(){
for (;;) {
Singleton current = INSTANCE.get();
if (current != null) {
return current;
}
current = new Singleton();
if (INSTANCE.compareAndSet(null, current)) {
return current;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton1 == singleton2);
}
}发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/156918.html原文链接：https://javaforall.cn
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