设计模式 - 单例模式(Singleton)

定义

确保一个类只有一个实例,并且提供对对象的全局访问点

类型

创建类模式

结构

单例模式结构

常用单例模式根据实例化对象时机的不同分为两种:一种是饿汉式单例,一种是懒汉式单例。饿汉式单例在单例类被加载时候,就实例化一个对象交给自己的引用;而懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。代码如下:

饿汉式单例

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

    private Singleton() {}

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

懒汉式单例

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE;
    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
       if(INSTANCE == null) {
          INSTANCE = new Singleton();
      }
      return INSTANCE;
   }
}

枚举式单例

枚举式单例是《Effective Java》作者 Josh Bloch 提倡的方式,它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。

public enum Singleton {
    instance;
    public void someMethod(){
    }
}

双重校验锁

public final class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

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

此方法为懒汉式单例的升级版,在JDK1.5之后,双重检查锁定才能够正常达到单例效果。

静态内部类

public class Something {
    private Something() {}

    private static class LazyHolder {
        static final Something INSTANCE = new Something();
    }

    public static Something getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
}

这种方式同样利用了 classloder 的机制来保证初始化 instance 时只有一个线程,它跟饿汉式不同的是:饿汉式只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到lazy loading效果),而这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用,只有显示通过调用 getInstance 方法时,才会显示装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。如果实例化 instance 很消耗资源,想让他延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,那么这种方式相比饿汉式方法就显得更合理。

单例模式的优点

  • 在内存中只有一个对象,节省内存空间。
  • 避免频繁的创建销毁对象,可以提高性能。
  • 避免对共享资源的多重占用。
  • 可以全局访问。

单例模式的缺点

  • 单例模式一般没有接口,扩展很困难;
  • 不便于测试,很难 mock 出一个对象;
  • 单例模式与单一职责原则有冲突。

适用场景

  • 需要频繁实例化然后销毁的对象。
  • 创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象。
  • 有状态的工具类对象。
  • 频繁访问数据库或文件的对象。

注意事项

  • 只能使用单例类提供的方法得到单例对象,不要使用反射,否则将会实例化一个新对象。
  • 不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
  • 多线程使用单例使用共享资源时,注意线程安全问题。

参考代码

https://github.com/xueyufish/design-pattern-java/tree/master/singleton