单例

保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式(Singleton)的目的是为了保证在一个进程中,某个类有且仅有一个实例。

因为这个类只有一个实例,因此,自然不能让调用方使用new Xyz()来创建实例了。所以,单例的构造方法必须是private,这样就防止了调用方自己创建实例,但是在类的内部,是可以用一个静态字段来引用唯一创建的实例的:

  1. public class Singleton {
  2. // 静态字段引用唯一实例:
  3. private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  4. // private构造方法保证外部无法实例化:
  5. private Singleton() {
  6. }
  7. }

那么问题来了,外部调用方如何获得这个唯一实例?

答案是提供一个静态方法,直接返回实例:

  1. public class Singleton {
  2. // 静态字段引用唯一实例:
  3. private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  4. // 通过静态方法返回实例:
  5. public static Singleton getInstance() {
  6. return INSTANCE;
  7. }
  8. // private构造方法保证外部无法实例化:
  9. private Singleton() {
  10. }
  11. }

或者直接把static变量暴露给外部:

  1. public class Singleton {
  2. // 静态字段引用唯一实例:
  3. public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  4. // private构造方法保证外部无法实例化:
  5. private Singleton() {
  6. }
  7. }

所以,单例模式的实现方式很简单:

  • 只有private构造方法,确保外部无法实例化;
  • 通过private static变量持有唯一实例,保证全局唯一性;
  • 通过public static方法返回此唯一实例,使外部调用方能获取到实例。 Java标准库有一些类就是单例,例如Runtime这个类:
  1. Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

有些童鞋可能听说过延迟加载,即在调用方第一次调用getInstance()时才初始化全局唯一实例,类似这样:

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

遗憾的是,这种写法在多线程中是错误的,在竞争条件下会创建出多个实例。必须对整个方法进行加锁:

  1. public synchronized static Singleton getInstance() {
  2. if (INSTANCE == null) {
  3. INSTANCE = new Singleton();
  4. }
  5. return INSTANCE;
  6. }

但加锁会严重影响并发性能。还有些童鞋听说过双重检查,类似这样:

  1. public static Singleton getInstance() {
  2. if (INSTANCE == null) {
  3. synchronized (Singleton.class) {
  4. if (INSTANCE == null) {
  5. INSTANCE = new Singleton();
  6. }
  7. }
  8. }
  9. return INSTANCE;
  10. }

然而,由于Java的内存模型,双重检查在这里不成立。要真正实现延迟加载,只能通过Java的ClassLoader机制完成。如果没有特殊的需求,使用Singleton模式的时候,最好不要延迟加载,这样会使代码更简单。

另一种实现Singleton的方式是利用Java的enum,因为Java保证枚举类的每个枚举都是单例,所以我们只需要编写一个只有一个枚举的类即可:

  1. public enum World {
  2. // 唯一枚举:
  3. INSTANCE;
  4. private String name = "world";
  5. public String getName() {
  6. return this.name;
  7. }
  8. public void setName(String name) {
  9. this.name = name;
  10. }
  11. }

枚举类也完全可以像其他类那样定义自己的字段、方法,这样上面这个World类在调用方看来就可以这么用:

  1. String name = World.INSTANCE.getName();

使用枚举实现Singleton还避免了第一种方式实现Singleton的一个潜在问题:即序列化和反序列化会绕过普通类的private构造方法从而创建出多个实例,而枚举类就没有这个问题。

那我们什么时候应该用Singleton呢?实际上,很多程序,尤其是Web程序,大部分服务类都应该被视作Singleton,如果全部按Singleton的写法写,会非常麻烦,所以,通常是通过约定让框架(例如Spring)来实例化这些类,保证只有一个实例,调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符:

  1. @Component // 表示一个单例组件
  2. public class MyService {
  3. ...
  4. }

因此,除非确有必要,否则Singleton模式一般以“约定”为主,不会刻意实现它。

练习

使用两种Singleton模式实现单例:

单例 - 图1下载练习:Singleton练习 (推荐使用IDE练习插件快速下载)

小结

Singleton模式是为了保证一个程序的运行期间,某个类有且只有一个全局唯一实例;

Singleton模式既可以严格实现,也可以以约定的方式把普通类视作单例。

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单例 - 图2单例 - 图3