单例模式是比较常见的一种设计模式,目的是保证一个类只能有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,避免频繁创建对象,节约内存。
单例模式的应用场景很多,
比如我们电脑的操作系统的回收站就是一个很好的单例模式应用,电脑上的文件、视频、音乐等被删除后都会进入到回收站中;还有计算机中的打印机也是采用单例模式设计的,一个系统中可以存在多个打印任务,但是只能有一个正在工作的任务;Web页面的计数器也是用单例模式实现的,可以不用把每次刷新都记录到数据库中。
通过回味这些应用场景,我们对单例模式的核心思想也就有了更清晰的认识,下面就开始用代码来实现。
在写单例模式的代码之前,我们先简单了解一下两个知识点,关于类的加载顺序和static关键字。
类加载顺序类加载(classLoader)机制一般遵从下面的加载顺序
如果类还没有被加载:
先执行父类的静态代码块和静态变量初始化,静态代码块和静态变量的执行顺序跟代码中出现的顺序有关。
执行子类的静态代码块和静态变量初始化。
执行父类的实例变量初始化
执行父类的构造函数
执行子类的实例变量初始化
执行子类的构造函数
同时,加载类的过程是线程私有的,别的线程无法进入。
如果类已经被加载:
静态代码块和静态变量不在重复执行,再创建类对象时,只执行与实例相关的变量初始化和构造方法。
static关键字一个类中如果有成员变量或者方法被static关键字修饰,那么该成员变量或方法将独立于该类的任何对象。它不依赖类特定的实例,被类的所有实例共享,只要这个类被加载,该成员变量或方法就可以通过类名去进行访问,它的作用用一句话来描述就是,不用创建对象就可以调用方法或者变量,这简直就是为单例模式的代码实现量身打造的。
下面将列举几种单例模式的实现方式,其关键方法都是用static修饰的,并且,为了避免单例的类被频繁创建对象,我们可以用private的构造函数来确保单例类无法被外部实例化。
懒汉和饿汉在程序编写上,一般将单例模式分为两种,分别是饿汉式和懒汉式,
饿汉式:在类加载时就完成了初始化,所以类加载比较慢,但获取对象的速度快。
懒汉式:在类加载时不初始化,等到第一次被使用时才初始化。
代码实现1、饿汉式 (可用)
public class Singleton { private final static Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return INSTANCE; } }这是比较常见的写法,在类加载的时候就完成了实例化,避免了多线程的同步问题。当然缺点也是有的,因为类加载时就实例化了,没有达到Lazy Loading (懒加载) 的效果,如果该实例没被使用,内存就浪费了。
2、普通的懒汉式 (线程不安全,不可用)
public class Singleton { private static Singleton instance = null; private Singleton() { } public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }这是懒汉式中最简单的一种写法,只有在方法第一次被访问时才会实例化,达到了懒加载的效果。但是这种写法有个致命的问题,就是多线程的安全问题。假设对象还没被实例化,然后有两个线程同时访问,那么就可能出现多次实例化的结果,所以这种写法不可采用。
3、同步方法的懒汉式 (可用)
public class Singleton { private static Singleton instance = null; private Singleton() { } public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }这种写法是对getInstance()加了锁的处理,保证了同一时刻只能有一个线程访问并获得实例,但是缺点也很明显,因为synchronized是修饰整个方法,每个线程访问都要进行同步,而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,每次都同步方法显然效率低下,为了改进这种写法,就有了下面的双重检查懒汉式。
4、双重检查懒汉式 (可用,推荐)
public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }这种写法用了两个if判断,也就是Double-Check,并且同步的不是方法,而是代码块,效率较高,是对第三种写法的改进。为什么要做两次判断呢?这是为了线程安全考虑,还是那个场景,对象还没实例化,两个线程A和B同时访问静态方法并同时运行到第一个if判断语句,这时线程A先进入同步代码块中实例化对象,结束之后线程B也进入同步代码块,如果没有第二个if判断语句,那么线程B也同样会执行实例化对象的操作了。