一文带你摸清设计模式之单例模式！

本文将给大家介绍java中设计模式——单例模式；

单例模式：保证在?个JVM中，该对象只有?个实例存在；

适?场景：

1、某些类创建?较频繁，对于?些?型的对象，这是?笔很?的系统开销。

2、省去了new操作符，降低了系统内存的使?频率，减轻GC压?。

3、有些类如交易所的核?交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（?如?个军队出现了多个司 令员同时指挥，肯定会乱成?团），所以只有使?单例模式，才能保证核?交易服务器独?控制整个流程。

 

代码：

 1 public class Singleton{ 2      //持有私有静态实例，防止被引用，赋值为null，目的就是实现延迟加载 3     private static Singleton instance = null; 4  5  6     //私有构造方法，防止被实例化。 7   private Singleton(){ 8      } 9    10   //创建实例11   public static Singleton getInstance()12 {13       if (instance=null){14       instance=new Singleton();15        16 }17 return  instance;18 //如果该对象被?于序列化，可以保证对象在序列化前后保持?致19    public Object readReaslove(){20    return instance;21 }22 23 }24 }

 

分类：

1.饿汉式：类初始化时创建单例，线程安全，但占用内存空间大，适?于占内存?的场景，否则推荐使?懒汉式延迟加载；

   public class Singleton{
   private static Singleton instance = new Singleton();

//构造器私有， 外部就无法new这个对象，保证一个类中只有一个实例对象

private Singleton(){}
   public static Singleton newInstance(){            return  instance;}}

 

2.懒汉式：需要单例实例的时候再创建，需要考虑线程安全(性能不太好)

 

懒汉式单例如何保证线程安全呢？

通过 synchronized 关键字加锁保证线程安全， synchronized 可以添加在?法上?，也可以添加在代码块上?，这?演示添加在?法上?，存在的问题是 每?次调? getInstance 获取实例时都需要加锁和释放锁，这样是?常影响性能的。

 1 public class Singleton{ 2   private static Singleton instance = null;//定义一个静态变量指向自己 3   private Singleton(){}//私有化构造方法 4   public static synchronized Singleton newInstance(){//加锁, 5       if (instance == null){ 6          instance = new Singleton(); 7 } 8 } 9     return instance;10 11 }

 

3.双重检验锁：假如两个线程A、B，A执?了if (instance == null)语句，它会认为单例对象没有创建，此时线程切到B也执?了同样的语句，B也认为单例对象没有创建，然后两个线程依次执?同步代码块，并分别创建了?个单例对象。

    这?的双重检查是指两次?空判断，锁指的是 synchronized 加锁，为什么要进?双重判断，其实很简单，第?重判断，如果实例已经存在，那么就不再需要进?同步操作，?是直接返回这个实例，如果没有创建，才会进?同步块，同步块的?的与之前相同，?的是为了防?有多个线程同时调?时，导致?成多个实例，有了同步块，每次只能有?个线程调?访问同步块内容，当第?个抢到锁的调?获取了实例之后，这个实例就会被创建，之后的所有调?都不会进?同步块，直接在第?重判断就返回了单例。

关于内部的第?重空判断的作?，当多个线程?起到达锁位置时，进?锁竞争，其中?个线程获取锁，如果是第?次进?则为 null，会进?单例对象的创建，完成后释放锁，其他线程获取锁后就会被空判断拦截，直接返回已创建的单例对象。其中最关键的?个点就是 volatile 关键字的使?，关于 volatile 的详细介绍可以直接搜索 volatile 关键字即可，有很多写的?常好的?章，这?不做详细介绍，简单说明?下，双重检查锁中使? volatile 的两个重要特性：可?性、禁?指令重排序

 

这?为什么要使? volatile ？

这是因为 new 关键字创建对象不是原?操作，创建?个对象会经历下?的步骤：

1. 在堆内存开辟内存空间

2. 调?构造?法，初始化对象

3. 引?变量指向堆内存空间

 

代码：

 1 public class Singleton{ 2    private  static  volatile Singleton instance = null; 3    private Singleton(){} 4   public static Singleton getInstance(){ 5    if (instance == null) 6   {     synchronized (Singleton.class){ 7            if (instance == null){ 8     instance = new Singleton(); 9 10 }11    }12 }13 return instance;14 }

 

4.静态内部类：可以同时保证延迟加载和线程安全。静态内部类单例是如何实现懒加载的呢？（懒加载 ：使?的时候再创建对象）?先，我们先了解下类的加载时机。

虚拟机规范要求有且只有 5 种情况必须?即对类进?初始化（加载、验证、准备需要在此之前开始）：

1. 遇到 new 、 getstatic 、 putstatic 、 invokestatic 这 4 条字节码指令时。?成这 4 条指令最常?的 Java 代码场景是：使? new 关键字实例化对象的时候、读取或设置?个类的静态字段（final 修饰除外，被final 修饰的静态字段是常量，已在编译期把结果放?常量池）的时候，以及调??个类的静态?法的时候。

2. 使? java.lang.reflect 包?法对类进?反射调?的时候。

3. 当初始化?个类的时候，如果发现其?类还没有进?过初始化，则需要先触发其?类的初始化。

4. 当虚拟机启动时，?户需要指定?个要执?的主类（包含 main()的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

5. 当使? JDK 1.7 的动态语??持时，如果?个java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果是REF_getStatic 、 REF_putStatic 、 REF_invokeStatic 的?法句柄，则需要先触发这个?法句柄所对应的类的初始化。

 

这 5 种情况被称为是类的主动引?，注意，这?《虚拟机规范》中使?的限定词是 "有且仅有"，那么，除此之外的所有引?类都不会对类进?初始化，称为被动引?。静态内部类就属于被动引?的情况。当 getInstance()?法被调?时，InnerClass 才在 Singleton 的运?时常量池?，把符号引?替换为直接引?，这时静态对象 INSTANCE 也真正被创建，然后再被 getInstance()?法返回出去，这点同饿汉模式。那么 INSTANCE 在创建过程中?是如何保证线程安全的呢？在《深?理解 JAVA 虚拟机》中，有这么?句话:虚拟机会保证?个类的 <clinit>() ?法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化?个类，那么只会有?个线程去执?这个类的 <clinit>() ?法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执?<clinit>() ?法完毕。如果在?个类的 <clinit>() ?法中有耗时很?的操

作，就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执? <clinit>() ?法后，其他线程唤醒之后不会再次进? <clinit>() ?法。同?个加载器下，?个类型只会初始化?次。)，在实际应?中，这种阻塞往往是很隐蔽的。

从上?的分析可以看出 INSTANCE 在创建过程中是线程安全的，所以说静态内部类形式的单例可保证线程安全，也能保证单例的唯?性，同时也延迟了单例的实例化。

 1 public class Singleton{ 2     private Singleton(){}//私有化构造方法 3     public  static Singleton getInstance(){//对外提供获取实例的公共方法 4       return InnerClass.Instance;} 5      private static class InnerClass{//定义静态内部类 6         private final static Singleton Instance=new Singleton; 7  8 } 9 10 }

 

5.枚举：

使?枚举除了线程安全和防?反射调?构造器之外，还提供了?动序列化机制，防?反序列化的时候创建新的对象。

1 public enum Singleton{2  instance; 3 public void whateverMethod(){} 4 }