《JAVA與模式》之單例模式
在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述單例模式的：
作爲對象的創建模式,單例模式確保只有一個類只有一個實例,而且自行實例化並向整個系統提供這個實例.這個類稱爲單例類
單例模式的結構
單例模式的特點:
- 單例模式只能有一個實例
- 單例類必須自己創建自己的唯一實例
單例類必須給所有其他對象提供這一實例
餓漢式單例
public class EagerSingleton{
private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
//私有構造方法
private EagerSingleton(){}
//靜態工廠方法
public static EagerSingleton getInstance(){
return instance;
}
}上面的例子中,在這個類被加載時,靜態變量instance會被初始化.此時類的的私有構造子會被調用.這個時候,單例類的唯一實例就會被創建出來.
餓漢式是典型的空間換空間,當類加載的時候就會創建類的實例,不管你用不用,先創建出來,然後每次調用的時候,就不需要在判斷,節省了運行時間.
懶漢式模式單例模式
public class LazySingleton{
privae static LazySingleton instance = null;
//私有默認構造子
private LazySingleton(){}
//靜態工廠方法
public static synchronized LazySingleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = LazySingleton();
}
return instance;
}
}上面的懶漢式單例模式類實現裏對靜態工廠方法使用了同步化,以處理多線程環境.
懶漢式其實是一種比較形象的稱謂。既然懶，那麼在創建對象實例的時候就不着急。會一直等到馬上要使用對象實例的時候纔會創建，懶人嘛，總是推脫不開的時候纔會真正去執行工作，因此在裝載對象的時候不創建對象實例。
懶漢式是典型的時間換空間,就是每次獲取實例都會進行判斷,看是否需要創建實例,浪費判斷的時間.當然如果一直沒人使用的話,那就不會創建實例,則節約內存空間.
由於懶漢式的實現是線程安全的,這樣會減低整個訪問的速度,而且每次都要判斷.
那麼有沒有更好的方式實現呢?
雙重檢查枷鎖
可以使用”雙重檢查枷鎖”的方式來實現,就可以既實現線程安全,又能夠是性能不受很大的影響.那麼什麼是”雙重檢查枷鎖”
所謂”雙重檢查枷鎖”機制,指的是:並不是每次進入getInstance方法都需要同步,而是先不同步,進入方法後,先檢查實例是否存在,如果不存在進行下面同步塊,這是第一重檢查,進入同步塊後,再次檢查實例是否存在,如果不存在，就在同步的情況下創建一個實例，這是第二重檢查。這樣一來，就只需要同步一次了，從而減少了多次在同步情況下進行判斷所浪費的時間。
“雙重檢查枷鎖”機制的實現使用關鍵字volatile,它的意思是:被volatile修飾的變量的值,將不會被本地線程緩存,所有對改變量的讀寫都是直接操作共享內存,從而確保多個線程正確的處理變量..
注意：在java1.4及以前版本中，很多JVM對於volatile關鍵字的實現的問題，會導致“雙重檢查加鎖”的失敗，因此“雙重檢查加鎖”機制只只能用在java5及以上的版本。
public class Singleton{
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
//先檢查實例是否存在，如果不存在才進入下面的同步塊
if(instance == null){
//同步塊,線程安全的創建實例
Synchronized(Singleton.class){
//再次檢查實例是否存在,如果不存在建立真正的實例
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}這種實現方式既可以實現線程安全地創建實例，而又不會對性能造成太大的影響。它只是第一次創建實例的時候同步，以後就不需要同步了，從而加快了運行速度。
提示：由於volatile關鍵字可能會屏蔽掉虛擬機中一些必要的代碼優化，所以運行效率並不是很高。因此一般建議，沒有特別的需要，不要使用。也就是說，雖然可以使用“雙重檢查加鎖”機制來實現線程安全的單例，但並不建議大量採用，可以根據情況來選用。
根據上面的分析，常見的兩種單例實現方式都存在小小的缺陷，那麼有沒有一種方案，既能實現延遲加載，又能實現線程安全呢？
Lazy initialization holder class模式
1.相應的基礎知識
什麼是類級內部類?
簡單點說,類級內部類指的是,有static修飾的成員式內部類.如果沒有static修飾的成員式內部類被稱爲對象級內部類.
類級內部類相當於其外部類的static成分,它的而對象與外部類對象間不存在依賴關係,因此可直接創建。而對象級內部類的實例，是綁定在外部對象實例中的。
類級內部類中，可以定義靜態的方法。在靜態方法中只能夠引用外部類中的靜態成員方法或者成員變量。
類級內部類相當於其外部類的成員，只有在第一次被使用的時候才被會裝載。
多線程缺省同步鎖的知識
在多線程開發中,爲了解決併發問題,主要通過使用synchronized來互斥鎖進行同步控制.但是在某些情況下,JVM已經隱含的爲您執行了同步,這些情況下就不用自己在來進行同步控制了,這些情況包括:
- 由靜態初始化(在靜態字段上火static{塊中的初始化器})初始化數據時
- 訪問final字段時
- 在創建線程之前創建對象時
線程可以看見他將要處理的對象時
2.解決方案的思路
要想很簡單的實現線程安全,可以採用靜態初始化器的方式,它可以由JVM來保證線程的安全性.比如前面的餓漢式實現方式.但是這樣一來，不是會浪費一定的空間嗎？因爲這種實現方式，會在類裝載的時候就初始化對象，不管你需不需要。
如果現在有一種方法能夠讓類加載的時候不去初始化對象,一種可行的方式就是採用類級內部類，在這個類級內部類裏面去創建對象實例。這樣一來，只要不使用到這個類級內部類，那就不會創建對象實例，從而同時實現延遲加載和線程安全。
public class Singleton{
private Singleton(){}
/**
* 類級的內部類,也就是靜態的成員式內部類,該內部的實例與外部類的實例
* 沒有綁定關係,而且只有被調用到時纔會裝載,從而實現延時加載
*
*/
private static class SingletonHolder{
//靜態初始化,由JVM保證線程安全
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}當getInstance方法第一次被調用的時候,它的第一次讀取SingletonHolder.instance,導致SingletonHolder類得到初始化;而這個類在裝載並初始化的時候,會初始化它的靜態域,從而創建Singleton的實例,由於是靜態的語,因此只會在虛擬機裝載類的時候初始化一次,並由虛擬機保證它的線程安全性.
這個模式的優勢在於，getInstance方法並沒有被同步，並且只是執行一個域的訪問，因此延遲初始化並沒有增加任何訪問成本。
單例與枚舉
單元素的枚舉類型已經成爲實現Singleton的最佳方法。用枚舉來實現單例非常簡單，只需要編寫一個包含單個元素的枚舉類型即可。
public enum Singleton{
//定義一個枚舉的元素,它就代表了Singleton的一個實例
uniqueInstance;
//單例可以有自己的操作
public void singleonOperation(){
//功能處理
}
}使用枚舉來實現單實例控制會更加簡潔，而且無償地提供了序列化機制，並由JVM從根本上提供保障，絕對防止多次實例化，是更簡潔、高效、安全的實現單例的方式。