[[126280]]

隨著我們編寫(xiě)代碼的深入，我們或多或少都會(huì)接觸到設(shè)計(jì)模式，其中單例(Singleton)模式應(yīng)該是我們耳熟能詳?shù)囊环N模式。本文將比較特別的介紹一下Java設(shè)計(jì)模式中的單例模式。

概念

單例模式，又稱(chēng)單件模式或者單子模式，指的是一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，并且提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)思路

• 在單例的類(lèi)中設(shè)置一個(gè)private靜態(tài)變量sInstance，sInstance類(lèi)型為當(dāng)前類(lèi)，用來(lái)持有單例***的實(shí)例。
• 將（無(wú)參數(shù)）構(gòu)造器設(shè)置為private，避免外部使用new構(gòu)造多個(gè)實(shí)例。
• 提供一個(gè)public的靜態(tài)方法，如getInstance，用來(lái)返回該類(lèi)的***實(shí)例sInstance。

其中上面的單例的實(shí)例可以有以下幾種創(chuàng)建形式，每一種實(shí)現(xiàn)都需要保證實(shí)例的***性。

餓漢式

餓漢式指的是單例的實(shí)例在類(lèi)裝載時(shí)進(jìn)行創(chuàng)建。如果單例類(lèi)的構(gòu)造方法中沒(méi)有包含過(guò)多的操作處理，餓漢式其實(shí)是可以接受的。

餓漢式的常見(jiàn)代碼如下,當(dāng)SingleInstance類(lèi)加載時(shí)會(huì)執(zhí)行

private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance(); 

初始化了***的實(shí)例，然后getInstance()直接返回sInstance即可。

public class SingleInstance { 
  private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance(); 
   
  private SingleInstance() { 
  } 
   
  public static SingleInstance getInstance() { 
      return sInstance; 
  } 
} 

餓漢式的問(wèn)題

• 如果構(gòu)造方法中存在過(guò)多的處理，會(huì)導(dǎo)致加載這個(gè)類(lèi)時(shí)比較慢，可能引起性能問(wèn)題。
• 如果使用餓漢式的話，只進(jìn)行了類(lèi)的裝載，并沒(méi)有實(shí)質(zhì)的調(diào)用，會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

懶漢式

懶漢式指的是單例實(shí)例在***次使用時(shí)進(jìn)行創(chuàng)建。這種情況下避免了上面餓漢式可能遇到的問(wèn)題。

但是考慮到多線程的并發(fā)操作，我們不能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單得像下面代碼實(shí)現(xiàn)。

public class SingleInstance { 
  private static SingleInstance sInstance; 
  private SingleInstance() { 
  } 
   
  public static SingleInstance getInstance() { 
      if (null == sInstance) { 
          sInstance = new SingleInstance(); 
      } 
      return sInstance; 
  } 
} 

上述的代碼在多個(gè)線程密集調(diào)用getInstance時(shí)，存在創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例的可能。比如線程A進(jìn)入null == sInstance這段代碼塊，而在A線程未創(chuàng)建完成實(shí)例時(shí)，如果線程B也進(jìn)入了該代碼塊，必然會(huì)造成兩個(gè)實(shí)例的產(chǎn)生。

synchronized修飾方法

使用synchrnozed修飾getInstance方法可能是最簡(jiǎn)單的一個(gè)保證多線程保證單例***性的方法。
synchronized修飾的方法后，當(dāng)某個(gè)線程進(jìn)入調(diào)用這個(gè)方法，該線程只有當(dāng)其他線程離開(kāi)當(dāng)前方法后才會(huì)進(jìn)入該方法。所以可以保證getInstance在任何時(shí)候只有一個(gè)線程進(jìn)入。

public class SingleInstance { 
  private static SingleInstance sInstance; 
  private SingleInstance() { 
  } 
   
  public static synchronized SingleInstance getInstance() { 
      if (null == sInstance) { 
          sInstance = new SingleInstance(); 
      } 
      return sInstance; 
  } 
} 

但是使用synchronized修飾getInstance方法后必然會(huì)導(dǎo)致性能下降，而且getInstance是一個(gè)被頻繁調(diào)用的方法。雖然這種方法能解決問(wèn)題，但是不推薦。

雙重檢查加鎖

使用雙重檢查加鎖，首先進(jìn)入該方法時(shí)進(jìn)行null == sInstance檢查，如果***次檢查通過(guò)，即沒(méi)有實(shí)例創(chuàng)建，則進(jìn)入synchronized控制的同步塊,并再次檢查實(shí)例是否創(chuàng)建，如果仍未創(chuàng)建，則創(chuàng)建該實(shí)例。

雙重檢查加鎖保證了多線程下只創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，并且加鎖代碼塊只在實(shí)例創(chuàng)建的之前進(jìn)行同步。如果實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建后，進(jìn)入該方法，則不會(huì)執(zhí)行到同步塊的代碼。

public class SingleInstance { 
  private static volatile SingleInstance sInstance; 
  private SingleInstance() { 
  } 
   
  public static SingleInstance getInstance() { 
      if (null == sInstance) { 
          synchronized (SingleInstance.class) { 
              if (null == sInstance) { 
                  sInstance = new SingleInstance(); 
              } 
          } 
      } 
      return sInstance; 
  } 
} 

volatile是什么

Volatile是輕量級(jí)的synchronized，它在多處理器開(kāi)發(fā)中保證了共享變量的“可見(jiàn)性”?？梢?jiàn)性的意思是當(dāng)一個(gè)線程修改一個(gè)共享變量 時(shí)，另外一個(gè)線程能讀到這個(gè)修改的值。使用volatile修飾sInstance變量之后，可以確保多個(gè)線程之間正確處理sInstance變量。
關(guān)于volatile，可以訪問(wèn)深入分析Volatile的實(shí)現(xiàn)原理了解更多。

利用static機(jī)制

在Java中，類(lèi)的靜態(tài)初始化會(huì)在類(lèi)被加載時(shí)觸發(fā)，我們利用這個(gè)原理，可以實(shí)現(xiàn)利用這一特性，結(jié)合內(nèi)部類(lèi)，可以實(shí)現(xiàn)如下的代碼，進(jìn)行懶漢式創(chuàng)建實(shí)例。

public class SingleInstance { 
  private SingleInstance() { 
  } 
   
  public static SingleInstance getInstance() { 
      return SingleInstanceHolder.sInstance; 
  } 
   
  private static class SingleInstanceHolder { 
      private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance(); 
  } 
} 

關(guān)于這種機(jī)制，可以具體了解雙重檢查鎖定與延遲初始化

好奇問(wèn)題

真的只有一個(gè)對(duì)象么

其實(shí)，單例模式并不能保證實(shí)例的***性，只要我們想辦法的話，還是可以打破這種***性的。以下幾種方法都能實(shí)現(xiàn)。

• 使用反射，雖然構(gòu)造器為非公開(kāi)，但是在反射面前就不起作用了。
• 如果單例的類(lèi)實(shí)現(xiàn)了cloneable，那么還是可以拷貝出多個(gè)實(shí)例的。
• Java中的對(duì)象序列化也有可能導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例。避免使用readObject方法。
• 使用多個(gè)類(lèi)加載器加載單例類(lèi)，也會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例并存的問(wèn)題。

單例可以繼承么

單例類(lèi)能否被繼承需要分情況而定。

可以繼承的情況

當(dāng)子類(lèi)是父類(lèi)單例類(lèi)的內(nèi)部類(lèi)時(shí)，繼承是可以的。

public class BaseSingleton { 
  private static volatile BaseSingleton sInstance; 
   
  private BaseSingleton() { 
       
  } 
   
  public static BaseSingleton getInstance() { 
      if (null == sInstance) { 
          synchronized(BaseSingleton.class) { 
              if (null == sInstance) { 
                  sInstance = new BaseSingleton(); 
              } 
          } 
      } 
      return sInstance; 
  } 
   
  public static class  MySingleton extends BaseSingleton { 
       
  } 
   
} 

但是上面僅僅是編譯和執(zhí)行上允許的，但是繼承單例沒(méi)有實(shí)際的意義，反而會(huì)變得更加事倍功半，其代價(jià)要大于新寫(xiě)一個(gè)單例類(lèi)。感興趣的童鞋可以嘗試折騰一下。

不可以繼承的情況

如果子類(lèi)為單獨(dú)的類(lèi)，非單例類(lèi)的內(nèi)部類(lèi)的話，那么在編譯時(shí)就會(huì)出錯(cuò)Implicit super constructor BaseSingleton() is not visible for default constructor. Must define an explicit constructor，主要原因是單例類(lèi)的構(gòu)造器是private，解決方法是講構(gòu)造器設(shè)置為可見(jiàn)，但是這樣做就無(wú)法保證單例的***性。所以這種方式不可以繼承。

總的來(lái)說(shuō)，單例類(lèi)不要繼承。

單例 vs static變量

全局靜態(tài)變量也可以實(shí)現(xiàn)單例的效果，但是使用全局變量無(wú)法保證只創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，而且使用全局變量的形式，需要團(tuán)隊(duì)的約束，執(zhí)行起來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

關(guān)于GC

因?yàn)閱卫?lèi)中又一個(gè)靜態(tài)的變量持有單例的實(shí)例，所以相比普通的對(duì)象，單例的對(duì)象更不容易被GC回收掉。單例對(duì)象的回收應(yīng)該發(fā)生在其類(lèi)加載器被GC回收掉之后，一般不容易出現(xiàn)。