单例模式Singleton

面试的时候,问到许多年轻的Android开发他所会的设计模式是什么,基本上都会提到单例模式,但是对

单例模式也是一知半解,在Android开发中我们经常会运用单例模式,所以我们还是要更了解单例模式才对。

定义:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式结构图:

 

单例模式有多种写法各有利弊,现在

我们来看看各种模式写法。

1. 饿汉模式

public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton();    private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
  return instance;
}
}

这种方式在类加载时就完成了初始化,所以类加载较慢,但获取对象的速度快。 这种方式基于类加载机制避免了多线程的同步问题,

但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到懒加载的效果。

2. 懒汉模式(线程不安全)

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

懒汉模式申明了一个静态对象,在用户第一次调用时初始化,虽然节约了资源,但第一次加载时需要实例化,

反映稍慢一些,而且在多线程不能正常工作。

3. 懒汉模式(线程安全)

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

这种写法能够在多线程中很好的工作,但是每次调用getInstance方法时都需要进行同步,造成不必要的同步开销,

而且大部分时候我们是用不到同步的,所以不建议用这种模式。

4. 双重检查模式 (DCL)

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

这种写法在getSingleton方法中对singleton进行了两次判空,第一次是为了不必要的同步,第

二次是在singleton等于null的情况下才创建实例。在这里用到了volatile关键字,不了解volatile关键

字的可以查看Java多线程(三)volatile域这篇文章,在这篇文章我也提到了双重

检查模式是正确使用volatile关键字的场景之一。
在这里使用volatile会或多或少的影响性能,但考虑

到程序的正确性,牺牲这点性能还是值得的。 DCL优点是资源利用率高,第一次执行getInstance时单例

对象才被实例化,效率高。缺点是第一次加载时反应稍慢一些,在高并发环境下也有一定的缺陷,虽然

发生的概率很小。DCL虽然在一定程度解决了资源的消耗和多余的同步,线程安全等问题,但是他还是在

某些情况会出现失效的问题,也就是DCL失效,在《java并发编程实践》一书建议用**静态内部类单例模

式**来替代DCL。

5. 静态内部类单例模式

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

第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance,只有第一次调用getInstance方法时虚拟机加载

SingletonHolder 并初始化sInstance ,这样不仅能确保线程安全也能保证Singleton类的唯一性,所以

推荐使用静态内部类单例模式。

6. 枚举单例

public enum Singleton {
INSTANCE; public void doSomeThing() {
} }

默认枚举实例的创建是线程安全的,并且在任何情况下都是单例,上述讲的几种单例模式实现中,有一种

情况下他们会重新创建对象,那就是反序列化,将一个单例实例对象写到磁盘再读回来,从而获得了一个

实例。反序列化操作提供了readResolve方法,这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。在上述的几

个方法示例中如果要杜绝单例对象被反序列化是重新生成对象,就必须加入如下方法:

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

枚举单例的优点就是简单,但是大部分应用开发很少用枚举,可读性并不是很高,不建议用。

7. 使用容器实现单例模式

public class SingletonManager {
  private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();
  
private Singleton() {
  }   public static void registerService(String key, Objectinstance) {
    if (!objMap.containsKey(key) ) {   
    objMap.put(key, instance) ;
    }
  }   public static Object getService(String key) {
    return objMap.get(key) ;
  } }

用SingletonManager 将多种的单例类统一管理,在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式

使得我们可以管理多种类型的单例,并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作,降低了用户的使

用成本,也对用户隐藏了具体实现,降低了耦合度。

总结

到这里七中写法都介绍完了,至于选择用哪种形式的单例模式,取决于你的项目本身,是否

是有复杂的并发环境,还是需要控制单例对象的资源消耗。

基于volatile的双重检查锁(double-checked locking)

public class Singleton {
//private static Singleton instance = null;
//防止DCL失效问题,保证instance对象每次都是从住内存中读取
private static volatile Singleton instance = null; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { //避免不必要的同步
synchronized (Singleton.class) {
//在instance = null下创建实例
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
} }

缺点:

  • JDK1.5以上版本才有volatile。

优点:

  • 资源利用率高,第一次执行getInstance()时才会被实例化,效率高。

只是看起来很完美

这种看起来很完美的优化技巧就是double-checked locking,但遗憾地告诉你,根据JLS规范,上面的代码不可靠!线程有可能得到一个不为null,但是构造不完全的对象。
Why?
造成不可靠的原因是编译器为了提高执行效率的指令重排。只要认为在单线程下是没问题的,它就可以进行乱序写入!以保证不要让cpu指令流水线中断。

指令重排

为了提高代码的执行效率,JVM会将执行频率高的代码编译成机器码;而对于频率不高的代码则仍然采用解释执行。
常见的编译优化方式有:
方法内联:免去参数、返回值传递过程
去虚拟化:接口的方法只有一个实现类,进行方法内联
冗余消除:运行时去掉无用代码
还有一些编译优化根据“逃逸分析”技术
标量替换:User u=new User(“zhang3”,18)
String n=“zhang3” int age=18,节省内存
栈上分配:逃逸对象直接在栈上分配,快速,GC及时
同步削除:去掉不必要的同步

new Instance()到底发生了什么?

memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //2:初始化对象
instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
上面的伪代码中2、3步可能重排

        

解决方案1

Java5以后的版本,可以利用volatile关键字。
Why?
在java5以前,volatile原语不怎么强大,只能保证对象的可见性
但在java5之后,volatile语义加强了,被volatile修饰的对象,将禁止该对象上的读写指令重排序
这样,就保证了线程B读对象时,已经初始化完全了

解决方案2

这也是官方比较推荐的一种方案(effective java 2nd)

点击(此处)折叠或打开

public class InstanceHolder{
private Instance(){} //Lazy initialization holder class idiom for static fields
private static class Inner{
private static final Instance ins = new Instance()
} public static Instance getInstance(){
return Inner.ins;
}
}

原理:一个类只有在被使用时才会初始化,而类初始化过程是非并行的,这些都由JLS能保证。

 

静态内部类单例模式

在《Java 并发编程实践》中提及了DCL失效的问题(上面基于volatile的双重检查锁例子中注释的部分),建议使用如下代码替换:

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

优点:

  • 资源利用率高,第一次执行getInstance()时才会被实例化,效率高。
  • 不仅保证线程安全,而且也保证了单例对象的唯一性,同时也延迟了单例的实例化,所以这才是推荐使用的单例模式实现方式。

枚举单例

public class SingletonEnum {
INSTANCE; public void doSomething() {
//do something;
} }

优点:

  • 枚举在Java中于普通的类一样,可以有字段,方法。 默认枚举创建的实例是线程安全的。
  • 使用enum实现的单例自带防序列化。

然而上述的几种单例模式实现中在反序列化时会重新创建对象。要杜绝单例对象重新生成对象,必须要加入如下方法:

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

参考资料

  • [1]《Android源码设计模式解析和实战》
  • [2]《Java 并发编程实践》

设计模式1---单例模式(Singleton pattern)的更多相关文章

  1. 乐在其中设计模式(C#) - 单例模式(Singleton Pattern)

    原文:乐在其中设计模式(C#) - 单例模式(Singleton Pattern) [索引页][源码下载] 乐在其中设计模式(C#) - 单例模式(Singleton Pattern) 作者:weba ...

  2. 设计模式之单例模式(Singleton Pattern)

    单例模式 单例模式(Singleton Pattern)在java中算是最常用的设计模式之一,主要用于控制控制类实例的数量,防止外部实例化或者修改.单例模式在某些场景下可以提高系统运行效率.实现中的主 ...

  3. 【设计模式】单例模式 Singleton Pattern

    通常我们在写程序的时候会碰到一个类只允许在整个系统中只存在一个实例(Instance)  的情况, 比如说我们想做一计数器,统计某些接口调用的次数,通常我们的数据库连接也是只期望有一个实例.Windo ...

  4. 二十四种设计模式:单例模式(Singleton Pattern)

    单例模式(Singleton Pattern) 介绍保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点. 示例保证一个类仅有一个实例. Singleton using System; using S ...

  5. 乐在其中设计模式(C#) - 单例模式(Singleton Pattern)【转】

    介绍 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点. 示例 保证一个类仅有一个实例. Singleton using System; using System.Collections.Gene ...

  6. Java 设计模式(三)-单例模式(Singleton Pattern)

    1     概念定义 1.1   定义 确保一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例. 1.2   类型 创建类模式 1.3   难点 1)多个虚拟机 当系统中的单例类被拷贝运行在多 ...

  7. python 设计模式之单例模式 Singleton Pattern

    #引入 一个类被设计出来,就意味着它具有某种行为(方法),属性(成员变量).一般情况下,当我们想使用这个类时,会使用new 关键字,这时候jvm会帮我们构造一个该类的实例.这么做会比较耗费资源. 如果 ...

  8. 【UE4 设计模式】单例模式 Singleton Pattern

    概述 描述 保证一个类只有一个实例 提供一个访问该实例的全局节点,可以视为一个全局变量 仅在首次请求单例对象时对其进行初始化. 套路 将默认构造函数设为私有, 防止其他对象使用单例类的 new运算符. ...

  9. 浅谈设计模式--单例模式(Singleton Pattern)

    题外话:好久没写blog,做知识归纳整理了.本来设计模式就是个坑,各种文章也写烂了.不过,不是自己写的东西,缺少点知识的存在感.目前还没做到光看即能记住,得写.所以准备跳入设计模式这个大坑. 开篇先贡 ...

  10. 设计模式系列之单例模式(Singleton Pattern)——确保对象的唯一性

    模式概述 模式定义 模式结构图 饿汉式单例与懒汉式单例 饿汉式单例 懒汉式单例 模式应用 模式在JDK中的应用 模式在开源项目中的应用 模式总结 主要优点 适用场景 说明:设计模式系列文章是读刘伟所著 ...

随机推荐

  1. Web App、Hybrid App与Native App的设计差异

    目前主流应用程序大体分为三类:Web App.Hybrid App. Native App. 一.Web App.Hybrid App.Native App 纵向对比 首先,我们来看看什么是 Web ...

  2. 如何卸载windows的服务?卸载服务?

    前面小编给大家介绍过如何禁用一些不需要的服务: 但是哪些多余的服务其实完成时可以直接卸载掉的: 所以今天小编将指导大家如何卸载一些不需要的服务: 切记请一定要确认卸载的是不需要的服务哦: 工具/原料 ...

  3. optparse模块

    optparse模块主要是用来对参数的记录,相对来说比较灵活, 例子代码如下: #!/usr/bin/env python from optparse import OptionParser usag ...

  4. delphichromiumembedded

    Delphi封装的google浏览器内核,使用他可以摆脱ie内核的webbrowser的种种限制 http://download.csdn.net/download/ozhy111/5904995 屏 ...

  5. Git(二):常用 Git 命令清单

    转: http://www.ruanyifeng.com/blog/2015/12/git-cheat-sheet.html 我每天使用 Git ,但是很多命令记不住. 一般来说,日常使用只要记住下图 ...

  6. 从零开始构建一个的asp.net Core 项目(一)

    最近突发奇想,想从零开始构建一个Core的MVC项目,于是开始了构建过程. 首先我们添加一个空的CORE下的MVC项目,创建完成之后我们运行一下(Ctrl +F5).我们会在页面上看到“Hello W ...

  7. 收集了一些iOS技术面试题

    1.Difference between shallow copy and deep copy?
浅复制和深复制的区别? 
答案:浅层复制:只复制指向对象的指针,而不复制引用对象本身.
深层复制:复制 ...

  8. C#多线程学习-求和

    1.代码如下 // *********************************************************************** // Assembly : Shar ...

  9. pycharm打开脚本报错Gtk-Message: Failed to load module "canberra-gtk-module"

    解决方法 sudo apt-get install libcanberra-gtk-module

  10. built-in SpecularType of Unity

    [built-in SpecularType of Unity] 1.声明变量. 注意并没有在Shader中声明_SpecColor,因为Lighting.cginc中已经帮我们声明. 2.声明使用B ...