設計模式之單例模式

2021-09-12 19:13:59 字數 2440 閱讀 3445

單例模式是日常開發中經常使用的模式之一，需要大家對它有足夠的了解。儘管單例模式理解相對其它模式簡單，但是在一些特殊情況下，實現單例模式也需要特別注意。

用來建立獨一無二的，只有乙個物件例項的類。在實際專案中，單例模式使用非常頻繁，例如：執行緒池、資料庫連線池、快取、日誌物件、spring預設bean物件等。在這些情況下，若使用過多例項，可能會導致系統資源使用過量、資料不一致等問題。

大家可能會問，建立全域性靜態變數也能做到如此效果，為什麼還會出現乙個單例模式呢？沒錯，全域性靜態變數確實可以實現如此效果，可是全域性變數是在程式啟動時就已經建立好物件了，如果該物件占用極大記憶體並且使用相對較少，就會造成記憶體資源浪費。使用單例模式，我們可以在需要的時候才去建立物件並且只例項化一次。

單例模式根據實現方式可以分為兩種：懶漢式和餓漢式。

懶漢式，顧名思義就是使用的時候才會進行例項化，延遲載入。**如下：

public class singleton 


} public static singleton newinstance() 


return instance;


}}
使用private修飾構造方法，為了防止該類被例項化。另外建構函式中判斷instance是否為空，是為了防止使用反射強行執行建構函式例項化，違反單例結果。

餓漢式，顧名思義就是一開始就進行例項化。**如下：

public class singleton 


} public static singleton newinstance() 


}
大家是不是覺得單例模式特別簡單，其實上述兩種實現方式還是有點問題。以懶漢式來說，newinstance()方法，其中我們判斷instance是否為空，不為空則進行例項化，這段**在單執行緒中執行確實沒有什麼問題，但是在多執行緒環境中，假設現在有兩個執行緒同時判空，那麼兩個執行緒都會進行例項化，這個時候，就是有問題的。下面我們就來簡單介紹一下，多執行緒環境中如何實現單例模式。

餓漢式是在jvm載入該類的時候就會進行例項化，所以它是執行緒安全的。上述實現的懶漢式**，如何解決才能實現執行緒安全的呢？大家首先想到的應該是加鎖，沒錯，最簡單的實現方式是這樣的：

public static synchronized singleton newinstance() 


return instance;


}
採用synchronized同步關鍵字，能夠確保多執行緒執行的時候，只有乙個執行緒能夠真正的進行例項化。這種方式簡單是簡單，可是有不好的地方，當我們第一次呼叫的時候，確實需要同步，但是在以後呼叫的時候，多個執行緒每次只能有乙個執行緒獲得例項，這效能肯定是不好的。

上述我們知道，單純的加鎖會引起效能問題。現在我們思考一下，有沒有一種方式，只會在第一次的時候進行加鎖，以後都不會涉及同步。雙重檢查鎖就是這樣，先判斷物件是否為空，再進行加鎖進行例項化，這樣只會在第一次的時候是同步操作，以後都不會經過鎖操作，避免出現效能問題。**如下：

public static singleton newinstance() }}


return instance;


}
private volatile static singleton singleton;
這是為什麼呢？在instance = new singleton();這一行**中，分為三個步驟：1.分配記憶體空間。2.初始化物件。3.將物件指向分配的記憶體空間。關於這三個步驟，由於2和3兩個步驟之間沒有太大關聯，所以編譯器在執行的時候，可能會進行指令重排，導致2和3執行順序顛倒，引起另外乙個執行緒讀取到還未進行初始化的物件。為了解決這個問題，就必須使用volatile，它會防止指令重排。

上述都是採用加鎖的方式實現執行緒安全，有沒有不使用加鎖的方式呢？肯定有，比如下面我們使用的這兩種方式，

public class singleton 


public static singleton newinstance() 


private static class singletonholder


}
這種方式不僅是執行緒安全的，並且是延遲載入的，只有在第一次呼叫newinstance()時，才會建立singleton例項。這裡主要應用了內部類和類的初始化方式，內部類被申明為private，外部類不能對它進行初始化，只能由newinstance()方法進行初始化。這種方式沒有涉及到鎖操作，所以在高併發的情況下效能優越。

列舉的特性應該不用介紹吧，天生就是單例的，所以使用列舉方式，效能也是非常優越的。

public enum singleton 


}
單例模式分為懶漢式和餓漢式。對於頻繁使用的物件，特別是一些佔記憶體較大的物件，使用單例模式可以節約資源，並且由於new操作的次數減少，可以減輕gc的壓力。在多執行緒的環境下，要注意單例模式的執行緒安全。

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