在閻宏博士的《JAVA與模式》一書(shū)中開(kāi)頭是這樣描述單例模式的：

　　作為對(duì)象的創(chuàng)建模式，單例模式確保某一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。這個(gè)類(lèi)稱(chēng)為單例類(lèi)。

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單例模式的結(jié)構(gòu)

　　單例模式的特點(diǎn)：

• 單例類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例。
• 單例類(lèi)必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
• 單例類(lèi)必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。

　　餓漢式單例類(lèi)

public class EagerSingleton {
private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
/**
* 私有默認(rèn)構(gòu)造子
*/
private EagerSingleton(){}
/**
* 靜態(tài)工廠方法
*/
public static EagerSingleton getInstance(){
return instance;
}
}

　　上面的例子中，在這個(gè)類(lèi)被加載時(shí)，靜態(tài)變量instance會(huì)被初始化，此時(shí)類(lèi)的私有構(gòu)造子會(huì)被調(diào)用。這時(shí)候，單例類(lèi)的唯一實(shí)例就被創(chuàng)建出來(lái)了。

　　餓漢式其實(shí)是一種比較形象的稱(chēng)謂。既然餓，那么在創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的時(shí)候就比較著急，餓了嘛，于是在裝載類(lèi)的時(shí)候就創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例。

private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

　　餓漢式是典型的空間換時(shí)間，當(dāng)類(lèi)裝載的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建類(lèi)的實(shí)例，不管你用不用，先創(chuàng)建出來(lái)，然后每次調(diào)用的時(shí)候，就不需要再判斷，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。

?

　　懶漢式單例類(lèi)

public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;
/**
* 私有默認(rèn)構(gòu)造子
*/
private LazySingleton(){}
/**
* 靜態(tài)工廠方法
*/
public static synchronized LazySingleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}

　　上面的懶漢式單例類(lèi)實(shí)現(xiàn)里對(duì)靜態(tài)工廠方法使用了同步化，以處理多線程環(huán)境。
　　懶漢式其實(shí)是一種比較形象的稱(chēng)謂。既然懶，那么在創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的時(shí)候就不著急。會(huì)一直等到馬上要使用對(duì)象實(shí)例的時(shí)候才會(huì)創(chuàng)建，懶人嘛，總是推脫不開(kāi)的時(shí)候才會(huì)真正去執(zhí)行工作，因此在裝載對(duì)象的時(shí)候不創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例。

private static LazySingleton instance = null;

　　懶漢式是典型的時(shí)間換空間,就是每次獲取實(shí)例都會(huì)進(jìn)行判斷，看是否需要?jiǎng)?chuàng)建實(shí)例，浪費(fèi)判斷的時(shí)間。當(dāng)然，如果一直沒(méi)有人使用的話(huà)，那就不會(huì)創(chuàng)建實(shí)例，則節(jié)約內(nèi)存空間

　　由于懶漢式的實(shí)現(xiàn)是線程安全的，這樣會(huì)降低整個(gè)訪問(wèn)的速度，而且每次都要判斷。那么有沒(méi)有更好的方式實(shí)現(xiàn)呢？

　?

　　雙重檢查加鎖

　　可以使用“雙重檢查加鎖”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，就可以既實(shí)現(xiàn)線程安全，又能夠使性能不受很大的影響。那么什么是“雙重檢查加鎖”機(jī)制呢？

　　所謂“雙重檢查加鎖”機(jī)制，指的是：并不是每次進(jìn)入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，進(jìn)入方法后，先檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才進(jìn)行下面的同步塊，這是第一重檢查，進(jìn)入同步塊過(guò)后，再次檢查實(shí)例是否存在，如果不存在，就在同步的情況下創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，這是第二重檢查。這樣一來(lái)，就只需要同步一次了，從而減少了多次在同步情況下進(jìn)行判斷所浪費(fèi)的時(shí)間。

　　“雙重檢查加鎖”機(jī)制的實(shí)現(xiàn)會(huì)使用關(guān)鍵字volatile，它的意思是：被volatile修飾的變量的值，將不會(huì)被本地線程緩存，所有對(duì)該變量的讀寫(xiě)都是直接操作共享內(nèi)存，從而確保多個(gè)線程能正確的處理該變量。

　　注意：在java1.4及以前版本中，很多JVM對(duì)于volatile關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致“雙重檢查加鎖”的失敗，因此“雙重檢查加鎖”機(jī)制只只能用在java5及以上的版本。

public class Singleton {
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
//先檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才進(jìn)入下面的同步塊
if(instance == null){
//同步塊，線程安全的創(chuàng)建實(shí)例
synchronized (Singleton.class) {
//再次檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才真正的創(chuàng)建實(shí)例
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}

　　這種實(shí)現(xiàn)方式既可以實(shí)現(xiàn)線程安全地創(chuàng)建實(shí)例，而又不會(huì)對(duì)性能造成太大的影響。它只是第一次創(chuàng)建實(shí)例的時(shí)候同步，以后就不需要同步了，從而加快了運(yùn)行速度。

　　提示：由于volatile關(guān)鍵字可能會(huì)屏蔽掉虛擬機(jī)中一些必要的代碼優(yōu)化，所以運(yùn)行效率并不是很高。因此一般建議，沒(méi)有特別的需要，不要使用。也就是說(shuō)，雖然可以使用“雙重檢查加鎖”機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的單例，但并不建議大量采用，可以根據(jù)情況來(lái)選用。

　　根據(jù)上面的分析，常見(jiàn)的兩種單例實(shí)現(xiàn)方式都存在小小的缺陷，那么有沒(méi)有一種方案，既能實(shí)現(xiàn)延遲加載，又能實(shí)現(xiàn)線程安全呢？

　　

　　Lazy initialization holder class模式

　　這個(gè)模式綜合使用了Java的類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)和多線程缺省同步鎖的知識(shí)，很巧妙地同時(shí)實(shí)現(xiàn)了延遲加載和線程安全。

　　1.相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)

• 　什么是類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)？

　　簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)指的是，有static修飾的成員式內(nèi)部類(lèi)。如果沒(méi)有static修飾的成員式內(nèi)部類(lèi)被稱(chēng)為對(duì)象級(jí)內(nèi)部類(lèi)。

　　類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)相當(dāng)于其外部類(lèi)的static成分，它的對(duì)象與外部類(lèi)對(duì)象間不存在依賴(lài)關(guān)系，因此可直接創(chuàng)建。而對(duì)象級(jí)內(nèi)部類(lèi)的實(shí)例，是綁定在外部對(duì)象實(shí)例中的。

　　類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)中，可以定義靜態(tài)的方法。在靜態(tài)方法中只能夠引用外部類(lèi)中的靜態(tài)成員方法或者成員變量。

　　類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)相當(dāng)于其外部類(lèi)的成員，只有在第一次被使用的時(shí)候才被會(huì)裝載。

• 　多線程缺省同步鎖的知識(shí)

　　大家都知道，在多線程開(kāi)發(fā)中，為了解決并發(fā)問(wèn)題，主要是通過(guò)使用synchronized來(lái)加互斥鎖進(jìn)行同步控制。但是在某些情況中，JVM已經(jīng)隱含地為您執(zhí)行了同步，這些情況下就不用自己再來(lái)進(jìn)行同步控制了。這些情況包括：

　　1.由靜態(tài)初始化器（在靜態(tài)字段上或static{}塊中的初始化器）初始化數(shù)據(jù)時(shí)

　　2.訪問(wèn)final字段時(shí)

　　3.在創(chuàng)建線程之前創(chuàng)建對(duì)象時(shí)

　　4.線程可以看見(jiàn)它將要處理的對(duì)象時(shí)

　　2.解決方案的思路

　　要想很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)線程安全，可以采用靜態(tài)初始化器的方式，它可以由JVM來(lái)保證線程的安全性。比如前面的餓漢式實(shí)現(xiàn)方式。但是這樣一來(lái)，不是會(huì)浪費(fèi)一定的空間嗎？因?yàn)檫@種實(shí)現(xiàn)方式，會(huì)在類(lèi)裝載的時(shí)候就初始化對(duì)象，不管你需不需要。

　　如果現(xiàn)在有一種方法能夠讓類(lèi)裝載的時(shí)候不去初始化對(duì)象，那不就解決問(wèn)題了？一種可行的方式就是采用類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)，在這個(gè)類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)里面去創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例。這樣一來(lái)，只要不使用到這個(gè)類(lèi)級(jí)內(nèi)部類(lèi)，那就不會(huì)創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)延遲加載和線程安全。

　　示例代碼如下：

　　

public class Singleton {

private Singleton(){}
/**
* 類(lèi)級(jí)的內(nèi)部類(lèi)，也就是靜態(tài)的成員式內(nèi)部類(lèi)，該內(nèi)部類(lèi)的實(shí)例與外部類(lèi)的實(shí)例
* 沒(méi)有綁定關(guān)系，而且只有被調(diào)用到時(shí)才會(huì)裝載，從而實(shí)現(xiàn)了延遲加載。
*/
private static class SingletonHolder{
/**
* 靜態(tài)初始化器，由JVM來(lái)保證線程安全
*/
private static Singleton instance = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}

　　當(dāng)getInstance方法第一次被調(diào)用的時(shí)候，它第一次讀取SingletonHolder.instance，導(dǎo)致SingletonHolder類(lèi)得到初始化；而這個(gè)類(lèi)在裝載并被初始化的時(shí)候，會(huì)初始化它的靜態(tài)域，從而創(chuàng)建Singleton的實(shí)例，由于是靜態(tài)的域，因此只會(huì)在虛擬機(jī)裝載類(lèi)的時(shí)候初始化一次，并由虛擬機(jī)來(lái)保證它的線程安全性。

　　這個(gè)模式的優(yōu)勢(shì)在于，getInstance方法并沒(méi)有被同步，并且只是執(zhí)行一個(gè)域的訪問(wèn)，因此延遲初始化并沒(méi)有增加任何訪問(wèn)成本。

　　

　　單例和枚舉

　　按照《高效Java 第二版》中的說(shuō)法：單元素的枚舉類(lèi)型已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)Singleton的最佳方法。用枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單例非常簡(jiǎn)單，只需要編寫(xiě)一個(gè)包含單個(gè)元素的枚舉類(lèi)型即可。

public enum Singleton {
/**
* 定義一個(gè)枚舉的元素，它就代表了Singleton的一個(gè)實(shí)例。
*/

uniqueInstance;

/**
* 單例可以有自己的操作
*/
public void singletonOperation(){
//功能處理
}
}

　　使用枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單實(shí)例控制會(huì)更加簡(jiǎn)潔，而且無(wú)償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制，并由JVM從根本上提供保障，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，是更簡(jiǎn)潔、高效、安全的實(shí)現(xiàn)單例的方式。

　　

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完結(jié)

　　

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《JAVA与模式》之单例模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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