[[126280]]

隨著我們編寫代碼的深入，我們或多或少都會接觸到設(shè)計模式，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)計模式中的單例模式。

概念

單例模式，又稱單件模式或者單子模式，指的是一個類只有一個實例，并且提供一個全局訪問點。

實現(xiàn)思路

• 在單例的類中設(shè)置一個private靜態(tài)變量sInstance，sInstance類型為當前類，用來持有單例***的實例。
• 將（無參數(shù)）構(gòu)造器設(shè)置為private，避免外部使用new構(gòu)造多個實例。
• 提供一個public的靜態(tài)方法，如getInstance，用來返回該類的***實例sInstance。

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

餓漢式

餓漢式指的是單例的實例在類裝載時進行創(chuàng)建。如果單例類的構(gòu)造方法中沒有包含過多的操作處理，餓漢式其實是可以接受的。

餓漢式的常見代碼如下,當SingleInstance類加載時會執(zhí)行

private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance(); 

初始化了***的實例，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; 
  } 
} 

餓漢式的問題

• 如果構(gòu)造方法中存在過多的處理，會導(dǎo)致加載這個類時比較慢，可能引起性能問題。
• 如果使用餓漢式的話，只進行了類的裝載，并沒有實質(zhì)的調(diào)用，會造成資源的浪費。

懶漢式

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

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

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

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

synchronized修飾方法

使用synchrnozed修飾getInstance方法可能是最簡單的一個保證多線程保證單例***性的方法。
synchronized修飾的方法后，當某個線程進入調(diào)用這個方法，該線程只有當其他線程離開當前方法后才會進入該方法。所以可以保證getInstance在任何時候只有一個線程進入。

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方法后必然會導(dǎo)致性能下降，而且getInstance是一個被頻繁調(diào)用的方法。雖然這種方法能解決問題，但是不推薦。

雙重檢查加鎖

使用雙重檢查加鎖，首先進入該方法時進行null == sInstance檢查，如果***次檢查通過，即沒有實例創(chuàng)建，則進入synchronized控制的同步塊,并再次檢查實例是否創(chuàng)建，如果仍未創(chuàng)建，則創(chuàng)建該實例。

雙重檢查加鎖保證了多線程下只創(chuàng)建一個實例，并且加鎖代碼塊只在實例創(chuàng)建的之前進行同步。如果實例已經(jīng)創(chuàng)建后，進入該方法，則不會執(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是輕量級的synchronized，它在多處理器開發(fā)中保證了共享變量的“可見性”?？梢娦缘囊馑际钱斠粋€線程修改一個共享變量 時，另外一個線程能讀到這個修改的值。使用volatile修飾sInstance變量之后，可以確保多個線程之間正確處理sInstance變量。
關(guān)于volatile，可以訪問深入分析Volatile的實現(xiàn)原理了解更多。

利用static機制

在Java中，類的靜態(tài)初始化會在類被加載時觸發(fā)，我們利用這個原理，可以實現(xiàn)利用這一特性，結(jié)合內(nèi)部類，可以實現(xiàn)如下的代碼，進行懶漢式創(chuàng)建實例。

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

關(guān)于這種機制，可以具體了解雙重檢查鎖定與延遲初始化

好奇問題

真的只有一個對象么

其實，單例模式并不能保證實例的***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現(xiàn)。

• 使用反射，雖然構(gòu)造器為非公開，但是在反射面前就不起作用了。
• 如果單例的類實現(xiàn)了cloneable，那么還是可以拷貝出多個實例的。
• Java中的對象序列化也有可能導(dǎo)致創(chuàng)建多個實例。避免使用readObject方法。
• 使用多個類加載器加載單例類，也會導(dǎo)致創(chuàng)建多個實例并存的問題。

單例可以繼承么

單例類能否被繼承需要分情況而定。

可以繼承的情況

當子類是父類單例類的內(nèi)部類時，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，但是繼承單例沒有實際的意義，反而會變得更加事倍功半，其代價要大于新寫一個單例類。感興趣的童鞋可以嘗試折騰一下。

不可以繼承的情況

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

總的來說，單例類不要繼承。

單例 vs static變量

全局靜態(tài)變量也可以實現(xiàn)單例的效果，但是使用全局變量無法保證只創(chuàng)建一個實例，而且使用全局變量的形式，需要團隊的約束，執(zhí)行起來可能會出現(xiàn)問題。

關(guān)于GC

因為單例類中又一個靜態(tài)的變量持有單例的實例，所以相比普通的對象，單例的對象更不容易被GC回收掉。單例對象的回收應(yīng)該發(fā)生在其類加載器被GC回收掉之后，一般不容易出現(xiàn)。