文章目錄

• 1. 單例模式的定義
• 2. 單例模式的設(shè)計(jì)要素
• 3. 單例模式的6種實(shí)現(xiàn)及各實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)
• • 3.1 懶漢式（線程不安全）
  • 3.2 餓漢式（線程安全）
  • 3.3 懶漢式（線程安全）
  • 3.4 雙重檢查鎖實(shí)現(xiàn)（線程安全）
  • 3.5 靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)（線程安全）
  • 3.6 枚舉類實(shí)現(xiàn)（線程安全）
• 4. 單例模式的應(yīng)用場景

1. 單例模式的定義

? 定義： 確保一個類只有一個實(shí)例，并提供該實(shí)例的全局訪問點(diǎn)。這樣做的好處是：有些實(shí)例，全局只需要一個就夠了，使用單例模式就可以避免一個全局使用的類，頻繁的創(chuàng)建與銷毀，耗費(fèi)系統(tǒng)資源。

2. 單例模式的設(shè)計(jì)要素

• 一個私有構(gòu)造函數(shù) （確保只能單例類自己創(chuàng)建實(shí)例）
• 一個私有靜態(tài)變量 （確保只有一個實(shí)例）
• 一個公有靜態(tài)函數(shù) （給使用者提供調(diào)用方法）

? 簡單來說就是，單例類的構(gòu)造方法不讓其他人修改和使用；并且單例類自己只創(chuàng)建一個實(shí)例，這個實(shí)例，其他人也無法修改和直接使用；然后單例類提供一個調(diào)用方法，想用這個實(shí)例，只能調(diào)用這個對外暴露的方法。這樣就確保了全局只創(chuàng)建了一次實(shí)例。

3. 單例模式的6種實(shí)現(xiàn)及各實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 懶漢式（線程不安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;} }

? 說明： 先不創(chuàng)建實(shí)例，當(dāng)?shù)谝淮伪徽{(diào)用時，再創(chuàng)建實(shí)例，所以被稱為懶漢式。

? 優(yōu)點(diǎn)： 延遲了實(shí)例化，如果不需要使用該類，就不會被實(shí)例化，節(jié)約了系統(tǒng)資源。

? 缺點(diǎn)： 線程不安全，多線程環(huán)境下，如果多個線程同時進(jìn)入了 if (uniqueInstance == null) ，若此時還未實(shí)例化，也就是uniqueInstance == null，那么就會有多個線程執(zhí)行 uniqueInstance = new Singleton(); 就會實(shí)例化多個實(shí)例。

3.2 餓漢式（線程安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {return uniqueInstance;}}

? 說明： 先不管需不需要使用這個實(shí)例，直接先實(shí)例化好實(shí)例 (餓死鬼一樣，所以稱為餓漢式)，然后當(dāng)需要使用的時候，直接調(diào)方法就可以使用了。

? 優(yōu)點(diǎn)： 提前實(shí)例化好了一個實(shí)例，避免了線程不安全問題的出現(xiàn)。

? 缺點(diǎn)： 直接實(shí)例化好了實(shí)例，不再延遲實(shí)例化；若系統(tǒng)沒有使用這個實(shí)例，或者系統(tǒng)運(yùn)行很久之后才需要使用這個實(shí)例，會造成操作系統(tǒng)的資源浪費(fèi)。

3.3 懶漢式（線程安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance;private static singleton() {}private static synchronized Singleton getUinqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;}}

? 說明： 實(shí)現(xiàn)和 線程不安全的懶漢式 幾乎一樣，唯一不同的點(diǎn)是，在get方法上 加了一把鎖。如此一來，多個線程訪問，每次只有拿到鎖的的線程能夠進(jìn)入該方法，避免了多線程不安全問題的出現(xiàn)。

? 優(yōu)點(diǎn)： 延遲實(shí)例化，節(jié)約了資源，并且是線程安全的。

? 缺點(diǎn)： 雖然解決了線程安全問題，但是性能降低了。因?yàn)?#xff0c;即使實(shí)例已經(jīng)實(shí)例化了，既后續(xù)不會再出現(xiàn)線程安全問題了，但是鎖還在，每次還是只能拿到鎖的線程進(jìn)入該方法使線程阻塞，等待時間過長。

3.4 雙重檢查鎖實(shí)現(xiàn)（線程安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {private volatile static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public static Singleton getUniqueInstance() {if (uniqueInstance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}}}return uniqueInstance;} }

? 說明: 雙重檢查數(shù)相當(dāng)于是改進(jìn)了 線程安全的懶漢式。線程安全的懶漢式 的缺點(diǎn)是性能降低了，造成的原因是因?yàn)榧词箤?shí)例已經(jīng)實(shí)例化，依然每次都會有鎖。而現(xiàn)在，我們將鎖的位置變了，并且多加了一個檢查。 也就是，先判斷實(shí)例是否已經(jīng)存在，若已經(jīng)存在了，則不會執(zhí)行判斷方法內(nèi)的有鎖方法了。 而如果，還沒有實(shí)例化的時候，多個線程進(jìn)去了，也沒有事，因?yàn)槔锩娴姆椒ㄓ墟i，只會讓一個線程進(jìn)入最內(nèi)層方法并實(shí)例化實(shí)例。如此一來，最多最多，也就是第一次實(shí)例化的時候，會有線程阻塞的情況，后續(xù)便不會再有線程阻塞的問題。

? 為什么使用 volatile 關(guān)鍵字修飾了 uniqueInstance 實(shí)例變量 ？

? uniqueInstance = new Singleton(); 這段代碼執(zhí)行時分為三步：

為 uniqueInstance 分配內(nèi)存空間

初始化 uniqueInstance

將 uniqueInstance 指向分配的內(nèi)存地址

? 正常的執(zhí)行順序當(dāng)然是 1>2>3 ，但是由于 JVM 具有指令重排的特性，執(zhí)行順序有可能變成 1>3>2。
單線程環(huán)境時，指令重排并沒有什么問題；多線程環(huán)境時，會導(dǎo)致有些線程可能會獲取到還沒初始化的實(shí)例。
例如：線程A 只執(zhí)行了 1 和 3 ，此時線程B來調(diào)用 getUniqueInstance()，發(fā)現(xiàn) uniqueInstance 不為空，便獲取 uniqueInstance 實(shí)例，但是其實(shí)此時的 uniqueInstance 還沒有初始化。

? 解決辦法就是加一個 volatile 關(guān)鍵字修飾 uniqueInstance ，volatile 會禁止 JVM 的指令重排，就可以保證多線程環(huán)境下的安全運(yùn)行。

? 優(yōu)點(diǎn)： 延遲實(shí)例化，節(jié)約了資源；線程安全；并且相對于 線程安全的懶漢式，性能提高了。

? 缺點(diǎn)： volatile 關(guān)鍵字，對性能也有一些影響。

3.5 靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)（線程安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getUniqueInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}}

? 說明： 首先，當(dāng)外部類 Singleton 被加載時，靜態(tài)內(nèi)部類 SingletonHolder 并沒有被加載進(jìn)內(nèi)存。當(dāng)調(diào)用 getUniqueInstance() 方法時，會運(yùn)行 return SingletonHolder.INSTANCE; ，觸發(fā)了 SingletonHolder.INSTANCE ，此時靜態(tài)內(nèi)部類 SingletonHolder 才會被加載進(jìn)內(nèi)存，并且初始化 INSTANCE 實(shí)例，而且 JVM 會確保 INSTANCE 只被實(shí)例化一次。

? 優(yōu)點(diǎn)： 延遲實(shí)例化，節(jié)約了資源；且線程安全；性能也提高了。

3.6 枚舉類實(shí)現(xiàn)（線程安全）

? 實(shí)現(xiàn)：

public enum Singleton {INSTANCE;//添加自己需要的操作public void doSomeThing() {}}

? 說明： 默認(rèn)枚舉實(shí)例的創(chuàng)建就是線程安全的，且在任何情況下都是單例。

? 優(yōu)點(diǎn)： 寫法簡單，線程安全，天然防止反射和反序列化調(diào)用。

? 防止反序列化
? **序列化：**把java對象轉(zhuǎn)換為字節(jié)序列的過程；
? 反序列化： 通過這些字節(jié)序列在內(nèi)存中新建java對象的過程；
? 說明： 反序列化 將一個單例實(shí)例對象寫到磁盤再讀回來，從而獲得了一個新的實(shí)例。我們要防止反序列化，避免得到多個實(shí)例。
? 枚舉類天然防止反序列化。
其他單例模式 可以通過 重寫 readResolve() 方法，從而防止反序列化，使實(shí)例唯一重寫 readResolve() :

private Object readResolve() throws ObjectStreamException{return singleton; }

4. 單例模式的應(yīng)用場景

應(yīng)用場景舉例：

• 網(wǎng)站計(jì)數(shù)器。
• 應(yīng)用程序的日志應(yīng)用。
• Web項(xiàng)目中的配置對象的讀取。
• 數(shù)據(jù)庫連接池。
• 多線程池。
• …

使用場景總結(jié)：

• 頻繁實(shí)例化然后又銷毀的對象，使用單例模式可以提高性能。
• 經(jīng)常使用的對象，但實(shí)例化時耗費(fèi)時間或者資源多，如數(shù)據(jù)庫連接池，使用單例模式，可以提高性能，降低資源損壞。
• 使用線程池之類的控制資源時，使用單例模式，可以方便資源之間的通信。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java单例模式与线程安全的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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