单例模式(Singleton Pattern):确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,这个类称为单例类。单例模式是一种对象创建型模式。
在有些时候,对于某个类,我们无需创建多个它的实例。站在资源利用的角度讲,单例能够节省系统资源;站在面向对象设计的角度讲,有些类确实只应该存在一个实例。例如,一个资源管理器类(比如Windows的资源管理器),它封装着系统的一些数据信息,它的作用就是封装这些数据信息,然后提供一些操作数据的方法,供调用者调用。我们是没有必要创建出多个它的实例的(还是以Windows的资源管理器为例,正常情况下你只能打开一个它的窗口)。
实现单例模式的方案有很多,下面给出几种常见的方案:
(1) 懒汉式(线程不安全)
Java代码如下:
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() { } public static Singleton getInstance() { return instance == null ? new Singleton() : instance; } }
代码很简单,算是最基本单例模式。具有懒加载特点,即在getInstance方法调用时,才初始化instance,但其只能在单线程中达到单例效果,在多线程中可能会出现创建多个实例的问题。
(2) 懒汉式(线程安全)
Java代码如下:
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() { } public synchronized static Singleton getInstance() { return instance == null ? new Singleton() : instance; } }
由于(1)中给出的懒汉模式的getInstance方法没有同步,而达不到单例的目的,于是有了(2)中线程安全的懒汉模式。它与(1)的区别仅仅在getInstance()方法前加了synchronized关键字。但随之而来的是效率低的问题,事实上,在大部分情况下,getInstance方法是不需要同步。
(3) 饿汉式(线程安全)
Java代码如下:
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton() { } public synchronized static Singleton getInstance() { return instance; } }
这种方式利用了classLoder的特点,在类装载时就初始化instance,而在getInstance中直接返回instance,避免了多线程安全问题。缺点是,在类装载时就实例化对象,而不能进行懒加载。
除了上面的方法外,有时候,还用静态代码块来初始化instance,与上述方法类似。
public class Singleton { private static Singleton instance; static{ instance = new Singleton(); } private Singleton() { } public synchronized static Singleton getInstance() { return instance; } }
(4) IoDH(Initialization on Demand Holder, 线程安全)
public class Singleton { private static class Holder { private final static Singleton instance = new Singleton(); } private Singleton() { } public synchronized static Singleton getInstance() { return Holder.instance; } }
这种方式兼具了以上两种方式的优点,既能够懒加载(只有在调用getInstance方法时,系统才会装载Holder类,从而实例化Instance),又是线程安全的。
(5) 枚举
public enum Singleton { INSTANCE; }
利用枚举来达到单例的目的,见的比较少。
(6) 双重检查锁定(Double-check Locking, 线程安全)
public class Singleton { private static Singleton instance; public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }
这种方法是对(2)中懒加载方式的改进。它不是将整个getInstance方法锁定,而是利用了同步代码块,缩小了同步范围,提高效率。之所以使用两层判断,原因如下:
使用第一个判断,可以避免大多数不需要同步的情况发生阻塞。如果没有该判断,与直接锁定方法无异;第二个判断是基本的判断,判断是否实例化。