《设计模式》提出近二十年里,随着面向对象语言的发展,单例模式也随之演化,如今其实现形式变得多种多样。常见的单例模式有懒汉、饿汉、双重校验锁、枚举和静态内部类五种形式。
双重校验锁DCL(double checked locking)

1.双重校验

双重校验锁式(也有人把双重校验锁式和懒汉式归为一类)分别在代码锁前后进行判空校验,避免了多个有机会进入临界区的线程都创建对象,同时也避免了代码段1-4后来线程在先来线程创建对象后但仍未退出临界区的情况下等待。双重校验锁代码如下:

  1. public class Singleton{
  2. private volatile static Singleton singleton = null; //注意此处加上了volatile关键字
  3. private Singleton(){ // 这边不能省略
  4. }
  5. public static Singleton getInstance(){
  6. if(singleton == null){
  7. synchronized(Singleton.class){
  8. if(singleton == null){
  9. singleton = new Singleton();
  10. }
  11. }
  12. }
  13. return singleton;
  14. }
  15. }

在JDK1.5以前,DCL是不稳定的,有时也可能创建多个实例,在1.5以后开始提供volatile关键字修饰变量来达到稳定效果。

2.饿汉式单例

单例模式的饿汉式,在定义自身类型的成员变量时就将其实例化,使得在Singleton单例类被系统(姑且这么说)加载时就已经被实例化出一个单例对象,从而一劳永逸地避免了线程安全的问题。代码如下:

  1. public class Singleton {
  2. private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
  3. private Singleton(){ }
  4. public static Singleton getInstance() {
  5. return INSTANCE;
  6. }
  7. }

ClassLoader加载Singleton类时,饿汉式单例就被创建,虽然饿汉式单例是线程安全的,但也有其不足之处。饿汉式单例在类被加载时就创建单例对象并且长驻内存,不管你需不需要它;如果单例类占用的资源比较多,就会降低资源利用率以及程序的运行效率。有一种更高级的单例模式则很好地解决了这个问题——静态内部类。

3. 静态内部类

静态内部类式和饿汉式一样,同样利用了ClassLoader的机制保证了线程安全;不同的是,饿汉式在Singleton类被加载时(从代码段3-2的Class.forName可见)就创建了一个实例对象,而静态内部类即使Singleton类被加载也不会创建单例对象,除非调用里面的getInstance()方法。因为当Singleton类被加载时,其静态内部类SingletonHolder没有被主动使用。只有当调用getInstance方法时,才会装载SingletonHolder类,从而实例化单例对象。

  1. public class Singleton {
  2. public static Singleton getInstance(){
  3. return SingletonHolder.instance;
  4. }
  5. private Singleton(){}
  6. private static class SingletonHolder{
  7. private static Singleton instance = new Singleton();
  8. }
  9. }

通过静态内部类的方法就实现了lazy loading,很好地将懒汉式和饿汉式结合起来,既实现延迟加载,保证系统性能,也能保证线程安全。

4.枚举单例

上面说到的静态内部类方式不失为一个高级的单例模式实现。但如果开发要求更严格一些,比如你的Singleton类实现了序列化,又或者想避免通过反射来破解单例模式的话,单例模式还可以有另一种形式。那就是枚举单例。枚举类型在JDK1.5被引进。这种方式也是《Effective Java》作者Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程的问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象、防止被反射攻击。代码如下:

  1. public enum EnumSingleton {
  2. INSTANCE{
  3. @Override
  4. protected void work() {
  5. System.out.println("你好,是我!");
  6. }
  7. };
  8. protected abstract void work(); //单例需要进行操作(也可以不写成抽象方法)
  9. }

在外部,可以通过EnumSingleton.INSTANCE.work()来调用work方法。默认的枚举实例的创建是线程安全的,但是实例内的各种方法则需要程序员来保证线程安全。总的来说,使用枚举单例模式,有三个好处:

  1. 实例的创建线程安全,确保单例。
  2. 防止被反射创建多个实例。
  3. 没有序列化的问题

5.懒汉式

在需要的时候才创建单例对象,而不是随着软件系统的运行或者当类被加载器加载的时候就创建。当单例类的创建或者单例对象的存在会消耗比较多的资源,常常采用lazy loading策略。这样做的一个明显好处是提高了软件系统的效率,节约内存资源。

  1. public class Singleton {
  2. private static Singleton singleton = null;
  3. private Singleton(){
  4. System.out.println("构造函数被调用");
  5. }
  6. public static Singleton getInstance(){
  7. synchronized(Singleton.class){
  8. if(singleton == null){
  9. singleton = new Singleton();
  10. }
  11. return singleton;
  12. }
  13. }

然而这样做类似于在方法签名上加上synchronized关键字,会影响程序效率。因为当有多个线程几乎同时访问getInstance方法时,多个线程必须有次序地进入方法内,这样导致了若干个线程需要耗费等待进入临界区(被锁住的代码块)的时间。基于此,有人提出了双重校验锁式。

参考资料

http://blog.chenzuhuang.com/archive/13.html

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7.2 单例模式的几种实现方式 - 图1