Java中如何实现单例模式

这篇文章将为大家详细讲解有关Java中如何实现单例模式，文章内容质量较高，因此小编分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后对相关知识有一定的了解。

单例模式的特点

1. 一个类只允许产生一个实例化对象。

2. 单例类构造方法私有化，不允许外部创建对象。

3. 单例类向外提供静态方法，调用方法返回内部创建的实例化对象。

 懒汉式（线程不安全）

其主要表现在单例类在外部需要创建实例化对象时再进行实例化，进而达到Lazy Loading 的效果。

通过静态方法 getSingleton() 和private 权限构造方法为创建一个实例化对象提供唯一的途径。

不足：未考虑到多线程的情况下可能会存在多个访问者同时访问，发生构造出多个对象的问题，所以在多线程下不可用这种方法。

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 * @author MrRoot
 * @since 2018-12-17
 * 懒汉式（线程不安全）
 */
public class Singleton {
  private static Singleton singleton;

  private Singleton(){

  }

  public static Singleton singleton(){
    if (singleton == null){
      singleton = new Singleton();
    }
    return singleton;
  }
}

懒汉式（线程安全，同步方法，不推荐使用）

针对懒汉式的线程不安全，自然会想到给 getSingleton() 进行 synchronized 加锁来保证线程同步。

不足：效率低。大多数情况下这个锁占用的额外资源都浪费了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getSingleton() 方法都要进行同步。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 懒汉式（线程安全,同步方法,不推荐使用）
 */
public class Singleton {
  private static Singleton singleton;

  private Singleton(){

  }

  public static synchronized Singleton singleton(){
    if (singleton == null){
      singleton = new Singleton();
    }
    return singleton;
  }

}

饿汉式（线程安全）

在进行类加载时完成实例化对象的过程就是饿汉式的形式。

避免了线程同步问题，在运行这个类的时候进行加载，之后直接访问

不足：相比接下来的静态内部类而言，这种方法比静态内部类多了内存常驻，容易造成内存浪费，也未达到延迟加载的效果。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 饿汉式(线程安全)
 */
public class Singleton{
  private static Singleton singleton = new Singleton();

  private Singleton(){

  }

  public static Singleton singleton(){
    return singleton;
  }
}

静态内部类加载（线程安全）

静态内部类不会在单例加载时加载，当调用 getSingleton() 方法时才会进行加载，达到类似懒汉式效果，并且也是线程安全的。

类的静态属性只会在第一次加载类时进行初始化，所以上面的方法JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，其他线程无法进入。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 静态内部类加载（线程安全）
 */
public class Singleton{
  private static Singleton singleton;

  private static class SingletonInner{
    private static final Singleton instance = new Singleton();
  }

  public static Singleton getSingleton(){
    return SingletonInner.instance;
  }
}

枚举（线程安全）

自由串行化；保证只有一个实例；线程安全。

Effective Java 作者所提倡的方法，近乎完美，在继承场景下不适用。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 枚举（线程安全）
 */
enum Singleton{
  INSTANCE;

  public void method(){

  }
}

class Test{
  public static void main(String[] args) {
    Singleton.INSTANCE.method();
  }
}

懒汉式双重校验锁法（通常线程安全，不可保证完全安全）

使用同步代码块避免了第二种方法的效率低的问题，但此方法并不能完全起到线程同步的作用，与上面第一种方法产生的问题相似，多线程访问时可能产生多个对象。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 懒汉式双重校验锁法（通常线程安全，不可保证完全安全）
 */
class Singleton{
  private static Singleton singleton;

  private Singleton(){

  }

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

懒汉式双重检查终极版

与第六种方法不同的是，此方法给singleton 的声明上加了关键字 volatile ，进而解决了低概率的线程不安全问题。

volatile 起到禁止指令重排的作用，在它赋值完成之前，就不会调用读操作（singleton == null）。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 懒汉式双重检查终极版(volatile)
 */
class Singleton{
  private static volatile Singleton singleton;

  private Singleton(){

  }

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

使用 ThreadLocal 实现（线程安全）

ThreadLocal 会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。

对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal 采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 使用 ThreadLocal 实现（线程安全）
 */
class Singleton{
  private static final ThreadLocal<Singleton> singleton = new
      ThreadLocal<Singleton>(){
        @Override
        protected Singleton initialValue(){
          return new Singleton();
        }
      };

  private Singleton(){

  }

  public static Singleton getSingleton(){
    return singleton.get();
  }
}

使用CAS 锁实现（线程安全）

/**
 * @author MrRoot
 * @since 2019-3-27
 * 使用 CAS 实现（线程安全）
 */
public class Singleton {
  private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>();

  private Singleton(){

  }

  public static final Singleton getSingleton(){
    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.getSingleton();
    Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
    System.out.println(singleton1 == singleton2);
  }
}

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