单例模式,某类在整个程序有且仅有一个实例。该类负责创建自己的对象,同时确保只有一个对象被创建。在Java,一般常用在工具类的实现或创建对象需要消耗资源。
Windows的Task Manager(任务管理器)就是很典型的单例模式(这个很熟悉吧),想想看,是不是呢,你能打开两个windows task manager吗? 不信你自己试试看哦~
windows的Recycle Bin(回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中,回收站一直维护着仅有的一个实例。
网站的计数器,一般也是采用单例模式实现,否则难以同步。
应用程序的日志应用,一般都何用单例模式实现,这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态,因为只能有一个实例去操作,否则内容不好追加。
Web应用的配置对象的读取,一般也应用单例模式,这个是由于配置文件是共享的资源。
数据库连接池的设计一般也是采用单例模式,因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池,主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗,这种效率上的损耗还是非常昂贵的,因为何用单例模式来维护,就可以大大降低这种损耗。
多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式,这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
操作系统的文件系统,也是大的单例模式实现的具体例子,一个操作系统只能有一个文件系统。
HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式,所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.
public class Singleton1 {
private static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
private Singleton1() {
}
public static Singleton1 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
类加载到内存后,就实例化一个单例,JVM保证线程安全
,缺点:不管用到与否,类装载时就完成实例化。
public class Singleton2 {
private static Singleton2 INSTANCE;
private Singleton2() {
}
public static Singleton2 getInstance() {
if (null == INSTANCE) {
INSTANCE = new Singleton2();
}
return INSTANCE;
}
}
按需加载,理想情况下:第一次获取实例的时候,实例为空,那么就会进行一次初始化;第二次获取实例时,由于在第一次获取时已经实例化过了,所以直接返回。
但是这样会带来线程不安全的问题,在并发情况下,可能会产生多个实例。下面举个例子:
public class Singleton2 {
private static Singleton2 INSTANCE;
private Singleton2() {
}
public static Singleton2 getInstance() {
if (null == INSTANCE) {
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
INSTANCE = new Singleton2();
}
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(() -> System.out.println(Singleton2.getInstance().hashCode())).start();
}
}
}
这里创建100个线程,但是线程执行速度很快,为了更好地体现出“可能产生多个实例”,我在实例化过程中加了个线程休眠用来打断其他线程,这样能更容易看出代码的问题。执行之后可以发现,确实出现了多个实例的情况。
那么,有如下方法解决懒汉式带来的线程不安全问题:
public static synchronized Singleton2 getInstance() {
if (null == INSTANCE) {
INSTANCE = new Singleton2();
}
return INSTANCE;
}
用synchronized
修饰一下该方法,但是加了锁之后,它的效率会降低,因为每次获取实例的时候,都会进行加锁的操作,要看有没有申请这把锁,才能进行操作。synchronized
锁定的是当前对象,但是这里还有个static
关键字,所以锁定的当前类的class
对象)
public static Singleton2 getInstance() {
if (null == INSTANCE) {
synchronized (Singleton2.class) {
if (null == INSTANCE) {
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
INSTANCE = new Singleton2();
}
}
}
return INSTANCE;
}
首先判断INSTANCE
是否为空,如果是的话,就上锁,上锁之后再判断是否为空;如果在上锁之前,已经有其他线程进行了实例化,那么第二次if
就不会执行了,直接返回INSTANCE
。
public class Singleton3 {
private Singleton3() {
}
private static class Singleton3Internal {
private static final Singleton3 INSTANCE = new Singleton3();
}
public static Singleton3 getInstance() {
return Singleton3Internal.INSTANCE;
}
}
在Singleton3
中定义一个静态内部类Singleton3Internal
作为它的持有者,在静态内部类中初始化实例。
由于Singleton3
的构造方法为private
,所以只有在内部类中才能访问,外部类无法new
;当外部调用getInstance()
方法时,返回的是内部类中的实例。
这种方法要比饿汉式好,因为外部类Singleton3
加载时,内部类Singleton3Internal
并不会被初始化,只有在调用getInstance()
方法的时候才会被加载,这样就实现了懒加载,而且保证了只有一个实例。
这个线程安全是由JVM
来保证的,因为JVM
加载一个class
的时候只加载一次,所以内部类Singleton3Internal
也只加载一次,里面的INSTANCE
也只加载一次,它永远只有一个对象。
public enum Singleton4 {
INSTANCE;
}
这是Java创始人之一Joshua Bloch
在他的书中《Effective Java》
,提到的一种单例的写法。简单粗暴,用了一个枚举类,里面只有一个取值,就是INSTANCE
。
每个枚举类型及其定义的枚举变量在JVM
中都是唯一的,这样不仅可以解决线程同步问题,还可以防止反序列化。
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