一. 什么是單例模式

因進(jìn)程需要，有時(shí)我們只需要某個(gè)類同時(shí)保留一個(gè)對(duì)象，不希望有更多對(duì)象，此時(shí)，我們則應(yīng)考慮單例模式的設(shè)計(jì)。

二. 單例模式的特點(diǎn)

單例模式只能有一個(gè)實(shí)例。

單例類必須創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。

單例類必須向其他對(duì)象提供這一實(shí)例。

三. 單例模式VS靜態(tài)類

在知道了什么是單例模式后，我想你一定會(huì)想到靜態(tài)類，“既然只使用一個(gè)對(duì)象，為何不干脆使用靜態(tài)類？”，這里我會(huì)將單例模式和靜態(tài)類進(jìn)行一個(gè)比較。

單例可以繼承和被繼承，方法可以被override，而靜態(tài)方法不可以。

靜態(tài)方法中產(chǎn)生的對(duì)象會(huì)在執(zhí)行后被釋放，進(jìn)而被GC清理，不會(huì)一直存在于內(nèi)存中。

靜態(tài)類會(huì)在第一次運(yùn)行時(shí)初始化，單例模式可以有其他的選擇，即可以延遲加載。

基于2， 3條，由于單例對(duì)象往往存在于DAO層（例如sessionFactory），如果反復(fù)的初始化和釋放，則會(huì)占用很多資源，而使用單例模式將其常駐于內(nèi)存可以更加節(jié)約資源。

靜態(tài)方法有更高的訪問效率。

單例模式很容易被測(cè)試。

幾個(gè)關(guān)于靜態(tài)類的誤解：

誤解一：靜態(tài)方法常駐內(nèi)存而實(shí)例方法不是。

實(shí)際上，特殊編寫的實(shí)例方法可以常駐內(nèi)存，而靜態(tài)方法需要不斷初始化和釋放。

誤解二：靜態(tài)方法在堆(heap)上，實(shí)例方法在棧(stack)上。

實(shí)際上，都是加載到特殊的不可寫的代碼內(nèi)存區(qū)域中。

靜態(tài)類和單例模式情景的選擇：

情景一：不需要維持任何狀態(tài)，僅僅用于全局訪問，此時(shí)更適合使用靜態(tài)類。

情景二：需要維持一些特定的狀態(tài)，此時(shí)更適合使用單例模式。

四. 單例模式的實(shí)現(xiàn)

懶漢模式（線程不安全）

public?class?SingletonDemo?{private?static?SingletonDemo?instance;private?SingletonDemo(){}public?static?SingletonDemo?getInstance(){if(instance==null){instance=new?SingletonDemo();}return?instance;} }

如上，通過提供一個(gè)靜態(tài)的對(duì)象instance，利用private權(quán)限的構(gòu)造方法和getInstance()方法來給予訪問者一個(gè)單例。

缺點(diǎn)是，沒有考慮到線程安全，可能存在多個(gè)訪問者同時(shí)訪問，并同時(shí)構(gòu)造了多個(gè)對(duì)象的問題。之所以叫做懶漢模式，主要是因?yàn)榇朔N方法可以非常明顯的lazy loading。

針對(duì)懶漢模式線程不安全的問題，我們自然想到了，在getInstance()方法前加鎖，于是就有了第二種實(shí)現(xiàn)。

線程安全的懶漢模式（線程安全）

public?class?SingletonDemo?{private?static?SingletonDemo?instance;private?SingletonDemo(){}public?static?synchronized?SingletonDemo?getInstance(){if(instance==null){instance=new?SingletonDemo();}return?instance;} }

然而并發(fā)其實(shí)是一種特殊情況，大多時(shí)候這個(gè)鎖占用的額外資源都浪費(fèi)了，這種打補(bǔ)丁方式寫出來的結(jié)構(gòu)效率很低。

餓漢模式（線程安全）

public?class?SingletonDemo?{private?static?SingletonDemo?instance=new?SingletonDemo();private?SingletonDemo(){}public?static?SingletonDemo?getInstance(){return?instance;} }

直接在運(yùn)行這個(gè)類的時(shí)候進(jìn)行一次loading，之后直接訪問。顯然，這種方法沒有起到lazy loading的效果，考慮到前面提到的和靜態(tài)類的對(duì)比，這種方法只比靜態(tài)類多了一個(gè)內(nèi)存常駐而已。

靜態(tài)類內(nèi)部加載（線程安全）

public?class?SingletonDemo?{private?static?class?SingletonHolder{private?static?SingletonDemo?instance=new?SingletonDemo();}private?SingletonDemo(){System.out.println("Singleton?has?loaded");}public?static?SingletonDemo?getInstance(){return?SingletonHolder.instance;} }

使用內(nèi)部類的好處是，靜態(tài)內(nèi)部類不會(huì)在單例加載時(shí)就加載，而是在調(diào)用getInstance()方法時(shí)才進(jìn)行加載，達(dá)到了類似懶漢模式的效果，而這種方法又是線程安全的。

枚舉方法（線程安全）

enum?SingletonDemo{INSTANCE;public?void?otherMethods(){System.out.println("Something");} }

Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，在我看來簡(jiǎn)直是來自神的寫法。解決了以下三個(gè)問題：

(1)自由串行化。

(2)保證只有一個(gè)實(shí)例。

(3)線程安全。

如果我們想調(diào)用它的方法時(shí)，僅需要以下操作：

public?class?Hello?{public?static?void?main(String[]?args){SingletonDemo.INSTANCE.otherMethods();} }

這種充滿美感的代碼真的已經(jīng)終結(jié)了其他一切實(shí)現(xiàn)方法了。

Josh Bloch 對(duì)這個(gè)方法的評(píng)價(jià)：
這種寫法在功能上與共有域方法相近，但是它更簡(jiǎn)潔，無償?shù)靥峁┝舜谢瘷C(jī)制，絕對(duì)防止對(duì)此實(shí)例化，即使是在面對(duì)復(fù)雜的串行化或者反射攻擊的時(shí)候。雖然這中方法還沒有廣泛采用，但是單元素的枚舉類型已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。
枚舉單例這種方法問世以來，許多分析文章都稱它是實(shí)現(xiàn)單例的最完美方法——寫法超級(jí)簡(jiǎn)單，而且又能解決大部分的問題。
不過我個(gè)人認(rèn)為這種方法雖然很優(yōu)秀，但是它仍然不是完美的——比如，在需要繼承的場(chǎng)景，它就不適用了。

雙重校驗(yàn)鎖法（通常線程安全，低概率不安全）

public?class?SingletonDemo?{private?static?SingletonDemo?instance;private?SingletonDemo(){System.out.println("Singleton?has?loaded");}public?static?SingletonDemo?getInstance(){if(instance==null){synchronized?(SingletonDemo.class){if(instance==null){instance=new?SingletonDemo();}}}return?instance;} }

接下來我解釋一下在并發(fā)時(shí)，雙重校驗(yàn)鎖法會(huì)有怎樣的情景：

STEP 1. 線程A訪問getInstance()方法，因?yàn)閱卫€沒有實(shí)例化，所以進(jìn)入了鎖定塊。

STEP 2. 線程B訪問getInstance()方法，因?yàn)閱卫€沒有實(shí)例化，得以訪問接下來代碼塊，而接下來代碼塊已經(jīng)被線程1鎖定。

STEP 3. 線程A進(jìn)入下一判斷，因?yàn)閱卫€沒有實(shí)例化，所以進(jìn)行單例實(shí)例化，成功實(shí)例化后退出代碼塊，解除鎖定。

STEP 4. 線程B進(jìn)入接下來代碼塊，鎖定線程，進(jìn)入下一判斷，因?yàn)橐呀?jīng)實(shí)例化，退出代碼塊，解除鎖定。

STEP 5. 線程A獲取到了單例實(shí)例并返回，線程B沒有獲取到單例并返回Null。

理論上雙重校驗(yàn)鎖法是線程安全的，并且，這種方法實(shí)現(xiàn)了lazyloading。

第七種終極版 （volatile）
對(duì)于6中Double-Check這種可能出現(xiàn)的問題（當(dāng)然這種概率已經(jīng)非常小了，但畢竟還是有的嘛~），解決方案是：只需要給instance的聲明加上volatile關(guān)鍵字即可，volatile版本如下：

public?class?Singleton{private?volatile?static?Singleton?singleton?=?null;private?Singleton()??{????}public?static?Singleton?getInstance()???{if?(singleton==?null)??{synchronized?(Singleton.class)?{if?(singleton==?null)??{singleton=?new?Singleton();}}}return?singleton;} }

volatile關(guān)鍵字的一個(gè)作用是禁止指令重排，把instance聲明為volatile之后，對(duì)它的寫操作就會(huì)有一個(gè)內(nèi)存屏障（什么是內(nèi)存屏障？），這樣，在它的賦值完成之前，就不用會(huì)調(diào)用讀操作。
注意：volatile阻止的不singleton = newSingleton()這句話內(nèi)部[1-2-3]的指令重排，而是保證了在一個(gè)寫操作（[1-2-3]）完成之前，不會(huì)調(diào)用讀操作（if (instance == null)）。
也就徹底防止了6中的問題發(fā)生。

使用ThreadLocal實(shí)現(xiàn)單例模式（線程安全）

public?class?Singleton?{private?static?final?ThreadLocal<Singleton>?tlSingleton?=new?ThreadLocal<Singleton>()?{@Overrideprotected?Singleton?initialValue()?{return?new?Singleton();}};/***?Get?the?focus?finder?for?this?thread.*/public?static?Singleton?getInstance()?{return?tlSingleton.get();}//?enforce?thread?local?accessprivate?Singleton()?{} }

ThreadLocal會(huì)為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)的訪問沖突。對(duì)于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。

使用CAS鎖實(shí)現(xiàn)（線程安全）

/***?更加優(yōu)美的Singleton,?線程安全的*/ public?class?Singleton?{/**?利用AtomicReference?*/private?static?final?AtomicReference<Singleton>?INSTANCE?=?new?AtomicReference<Singleton>();/***?私有化*/private?Singleton(){}/***?用CAS確保線程安全*/public?static?final?Singleton?getInstance(){for?(;;)?{Singleton?current?=?INSTANCE.get();if?(current?!=?null)?{return?current;}current?=?new?Singleton();if?(INSTANCE.compareAndSet(null,?current))?{return?current;}}}public?static?void?main(String[]?args)?{Singleton?singleton1?=?Singleton.getInstance();Singleton?singleton2?=?Singleton.getInstance();System.out.println(singleton1?==?singleton2);} }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 实现单例模式的 9 种方法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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