java单例模式,其中的细节你注意到了吗

简介: 简介Singleton UML单例模式是应用最广的模式之一,它是为了确保某一个类在一个java虚拟机(进程)中有且只有一个实例存在.带来的效益:能够实现资源共享,避免由于资源操作时导致的性能或损耗.

简介

img_309fcad479c518fb65d3135c946e0c19.png
Singleton UML

单例模式是应用最广的模式之一,它是为了确保某一个类在一个java虚拟机(进程)中有且只有一个实例存在.

带来的效益:

  1. 能够实现资源共享,避免由于资源操作时导致的性能或损耗.
  2. 能够实现资源调度,方便资源之间的互相通信.
  3. 控制实例产生的数量,达到节约资源的目的.

缺陷 :

  1. 扩展性差,单例一般没有接口,要扩展只能修改单例类的代码.
  2. 避免在单例中持有生命周期比单例对象短的引用,容易引起内存泄漏.如Android中的Context对象,需要使用 Application Context代替.

下面介绍单例的七种经典实现方法.

饿汉模式

public class Singleton {
    // 静态变量初始化, 由于静态变量在类加载过程中,就会被初始化,且类加载又jvm保证线程安全.
    // 所以这种方式 是线程安全的
    private final static Singleton mInstance = new Singleton();

    // 构造函数私有化
    private Singleton() {
        // 判断存在则抛出异常, 为了避免反射调用,产生多个实例
        if (mInstance != null)
            throw new RuntimeException("instance exist");
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return mInstance;
    }
}

饿汉模式将变量声明为静态,将在Singleton类被加载的时候,在cinit阶段进行创建对象,并且是线程安全的, 类加载过程由JVM来保证线程安全.

饿汉模式能否达到懒加载

我们知道饿汉模式的对象实例是在类加载(初始化阶段)的过程就被创建了,并且并不是所有的类都是在程序启动的时候就加载进内存,那么一个类在什么情况下会被加载或者初始化呢?

这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且只有 五种情况必须立即对类进行初始化:

1 ) 遇到newgetstaticputstaticinvokestatic这四条字节码指令

2 ) 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

3 ) 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。

4 ) 当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类,虚拟机会先初始化这个主类。

5 ) 当使用jdk1.7动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果,REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行初始化,则需要先出触发其初始化。

--------- 引用自 <<深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践>>

在这五种情况中,其中2,3,4,5 在单例模式中,几乎不会遇到,这里暂不讨论.
我们来看第一种情况,提到的指令分别对应以下操作:

  1. 外部使用 new 创建该类的对象实例
  2. 类中的静态变量被外部读取或者设置
  3. 外部调用了 该类的静态方法

其中1, 我们把构造函数设置为 私有(需要提防 反射和反序列化),进本上不会产生问题.

对于2, 我们尽量要避免把变量(除单例变量外)设为静态且非私有(除非你确定在做什么,不然很可能出现内存浪费或者内存泄漏,毕竟静态变量生命周期和程序一样长).如果外部调用这样的类变量,将会触发改类初始化.

注释: 静态常量(final static修饰基础类型变量)的调用不会触发类的加载, 该常量会被加入被调用类的常量池中

对于3, 我们单例如果提供静态方法供外部使用,该静态方法被调用时,将也会进行单例类初始化.但是 静态方法,只能调用static变量,参数变量,以及局部变量,而静态变量在单例中基本上只有 单例本身会声明为静态变量, 总结起来就是, 这个静态方法基本只能达到 工具方法的作用,最好不要声明在单例中.

结论: 饿汉模式不能严格上实现懒加载,除非严格按照要求,不在单例中申明无关的静态变量和静态方法,将也能达到 懒加载的效果.

懒汉模式(线程不安全)

public class Singleton {
    private static Singleton sInstance = null;

    private Singleton() {
        // 防止反射调用,被创建出多个实例
        if (sInstance != null)
            throw new RuntimeException("instance exist");
    }
    
    // 调用时创建
    public static Singleton getInstance() {
        if (sInstance == null)
            sInstance = new Singleton();
        return sInstance;
    }
}

这种方式能实现懒加载的目的,并且没有加锁操作,因此线程不安全,减少了资源的消耗.

单线程模型下,推荐这种方式的单例, 在多线程模式下 强烈不推荐.

懒汉模式(线程安全)

public class Singleton {
    private static Singleton sInstance = null;

    private Singleton() {
        // 防止反射调用,被创建出多个实例
        if (sInstance != null)
            throw new RuntimeException("instance exist");
    }

    // 调用时创建
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (sInstance == null)
            sInstance = new Singleton();
        return sInstance;
    }
}

这种方式这种方式能够达到 懒加载线程安全,但是 它锁住了 整个getInstance()方法,

对于读的操作if (sInstance == null),也进行了加锁,这样对性能有一定的影响.

因此,不大推荐这种方式.

DCL 双重检查锁模式

public class Singleton {
    // 声明为 volatile 是为了避免在多线程中,new对象时,指令重排,
    // 造成对象未创建,而判断为非空的情况
    private volatile static Singleton sInstance = null;

    private Singleton() {
        // 防止反射调用,被创建出多个实例
        if (sInstance != null)
            throw new RuntimeException("instance exist");
    }

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        // 不加锁,判断是否为空, 在锁竞争的情况下,提高性能
        if (sInstance == null) {
            // 只有当为空的时候,加锁创建
            synchronized (Singleton.class) {
                if (sInstance == null)
                    sInstance = new Singleton();
            }
        }
        return sInstance;
    }
}

这种方式这种方式能够达到 懒加载线程安全, 并且没有懒汉模式模式的缺点.它只对''(即new对象)操作进行加锁,判断是否为空时,线程无需等待.

这里需要注意, sInstance必须声明为 volatile,不然达不到线程安全. 对象的创建可以拆分为 三条指令,如果对其指令重排就可能出现线程不安全的情况. 具体可以参考笔者的另一篇文章 深入理解 java volatile

因此,比较推荐这种写法.

静态内部类模式

public class Singleton {
    private Singleton() {
        // 防止反射调用,被创建出多个实例
        if (SingletonHolder.sInstance != null)
            throw new RuntimeException("instance exist");
    }

    // 当该静态方法被第一次调用时,SingletonHolder类被加载到内存,
    // 此时,其sInstance变量将会被创建,类加载由jvm保证线程安全
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.sInstance;
    }

    // 类加载时初始化,达到懒加载的目的.
    // 调用时才被创建
    private static class SingletonHolder {
        private final static Singleton sInstance = new Singleton();
    }
}

这种方式这种方式能够达到 懒加载线程安全.

能够实现懒加载,是因为,不管Singleton中存不存在其他静态变量或者静态方法,都不会影响到 内部静态类SingletonHolder, 只有当getInstance()方法调用时,内部静态类才会被加载,而类加载时,单例被创建实例化. (请对比饿汉模式)

饿汉模式与静态内部类模式对比

饿汉模式 要对类进行约束也能达到懒加载目的. (不适用多余的静态变量和静态方法).

静态内部类模式 不需要进行约束就能达到懒加载目的. 但是需要消耗一个内部类的资源来达到目的.(代价很小)

权衡两者, 推荐使用静态内部类方式.

枚举模式

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void method() {
        // todo ...
    }
}

上述的单例方式都有两个致命的缺点, 不能完全保证单例在jvm中保持唯一性.

  1. 反射创建单例对象

解决方案 : 在构造上述中判断,当多于一个实例时,再调用构造函数,直接报错.

  1. 反序列化时创建对象

解决方案 : 使用readResolve()方法来避免此事发生.

这两种缺点虽然都有方式解决,但是不免有些繁琐.

枚举类天生有这些特性.而且实现单例相当简单.

关于枚举类型,能够实现 懒加载,线程安全,以及确保单例在jvm中保持唯一性.
请参考笔者的另一篇文章 java 枚举(enum) 全面解读

因此, 强力推荐 使用这种方式创建单例.

但是由于枚举的使用时,枚举类的装载和初始化时会有更多的时间和空间的成本, 它的实现比其他方式需要更多的内存空间,所以在Android这种受资源约束的设备中尽量避免使用枚举单例

总结

  1. 在单线程下,建议使用懒汉模式(线程不安全版)
  2. 多线程,且资源受限(Android),建议使用DCL静态内部类版本
  3. 其他情况,建议使用枚举方法

引用

  1. Android源码设计模式
  2. 深入理解java虚拟机_第二版(周志明)
目录
相关文章
|
18天前
|
设计模式 安全 Java
Java编程中的单例模式:理解与实践
【10月更文挑战第31天】在Java的世界里,单例模式是一种优雅的解决方案,它确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。本文将深入探讨单例模式的实现方式、使用场景及其优缺点,同时提供代码示例以加深理解。无论你是Java新手还是有经验的开发者,掌握单例模式都将是你技能库中的宝贵财富。
25 2
|
29天前
|
设计模式 安全 Java
Java编程中的单例模式深入剖析
【10月更文挑战第21天】在Java的世界里,单例模式是设计模式中一个常见而又强大的存在。它确保了一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。本文将深入探讨如何正确实现单例模式,包括常见的实现方式、优缺点分析以及最佳实践,同时也会通过实际代码示例来加深理解。无论你是Java新手还是资深开发者,这篇文章都将为你提供宝贵的见解和技巧。
95 65
|
18天前
|
设计模式 安全 Java
Java编程中的单例模式深入解析
【10月更文挑战第31天】在编程世界中,设计模式就像是建筑中的蓝图,它们定义了解决常见问题的最佳实践。本文将通过浅显易懂的语言带你深入了解Java中广泛应用的单例模式,并展示如何实现它。
|
26天前
|
设计模式 SQL 安全
Java编程中的单例模式深入解析
【10月更文挑战第24天】在软件工程中,单例模式是设计模式的一种,它确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。本文将探讨如何在Java中使用单例模式,并分析其优缺点以及适用场景。
13 0
|
30天前
|
SQL 设计模式 Java
[Java]单例模式
本文介绍了单例模式的概念及其实现方式,包括饿汉式和懒汉式两种形式,并详细探讨了懒汉式中可能出现的线程安全问题及其解决方案,如锁方法、锁代码块和双重检查锁(DCL)。文章通过示例代码帮助读者更好地理解和应用单例模式。
29 0
|
2月前
|
设计模式 安全 Java
Java 编程中的设计模式:单例模式的深度解析
【9月更文挑战第22天】在Java的世界里,单例模式就像是一位老练的舞者,轻盈地穿梭在对象创建的舞台上。它确保了一个类仅有一个实例,并提供全局访问点。这不仅仅是代码优雅的体现,更是资源管理的高手。我们将一起探索单例模式的奥秘,从基础实现到高级应用,再到它与现代Java版本的舞蹈,让我们揭开单例模式的面纱,一探究竟。
42 11
|
1月前
|
设计模式 SQL 安全
【编程进阶知识】Java单例模式深度解析:饿汉式与懒汉式实现技巧
本文深入解析了Java单例模式中的饿汉式和懒汉式实现方法,包括它们的特点、实现代码和适用场景。通过静态常量、枚举类、静态代码块等方式实现饿汉式,通过非线程安全、同步方法、同步代码块、双重检查锁定和静态内部类等方式实现懒汉式。文章还对比了各种实现方式的优缺点,帮助读者在实际项目中做出更好的设计决策。
42 0
|
3月前
|
设计模式 存储 负载均衡
【五】设计模式~~~创建型模式~~~单例模式(Java)
文章详细介绍了单例模式(Singleton Pattern),这是一种确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点的设计模式。文中通过Windows任务管理器的例子阐述了单例模式的动机,解释了如何通过私有构造函数、静态私有成员变量和公有静态方法实现单例模式。接着,通过负载均衡器的案例展示了单例模式的应用,并讨论了单例模式的优点、缺点以及适用场景。最后,文章还探讨了饿汉式和懒汉式单例的实现方式及其比较。
【五】设计模式~~~创建型模式~~~单例模式(Java)
|
2月前
|
设计模式 Java 安全
Java设计模式-单例模式(2)
Java设计模式-单例模式(2)
|
3月前
|
设计模式 安全 Java
Java 单例模式,背后有着何种不为人知的秘密?开启探索之旅,寻找答案!
【8月更文挑战第30天】单例模式确保一个类只有一个实例并提供全局访问点,适用于需全局共享的宝贵资源如数据库连接池、日志记录器等。Java中有多种单例模式实现,包括饿汉式、懒汉式、同步方法和双重检查锁定。饿汉式在类加载时创建实例,懒汉式则在首次调用时创建,后者在多线程环境下需使用同步机制保证线程安全。单例模式有助于提高代码的可维护性和扩展性,应根据需求选择合适实现方式。
35 1
下一篇
无影云桌面