浅析Java单例设计模式(自写demo)

目录

• 单例模式特点
• 单例模式优点
• 实现方式
• 饿汉式（线程安全）
• 懒汉式

单例模式特点

1、构造器私有

2、在一个Java应用程序中，可保证只有一个实例对象

3、只提供一个供外界调用的getInstance()方法

单例模式优点

1、减少某些对象的频繁创建，降低系统开销和内存占用

2、外部调用不使用new关键字，降低系统内存的使用频率

3、对于特殊的类，在系统中只能存在一个实例，否则系统无法正常运行，比如Controller

实现方式

这里简单介绍两种实现方式

饿汉式（线程安全）

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:07
 * @description: 单例模式（饿汉式）
 **/
public class Singleton {
    //创建实例
    private static Singleton instance = new Singleton();

    //私有构造器
    private Singleton(){
    }

    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

实例对象在类被加载的时候就已经完成初始化，外界调用拿到的都是这个唯一的实例对象

懒汉式

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式（懒汉式）
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;

    //私有构造器
    private Singleton(){
    }

    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        //如果是首次调用，实例对象还没有被创建，就需要创建，否则都是返回已经创建过的那个对象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

对比饿汉式可见，实例对象在类被加载的时候并没有进行创建，在首次调用的时候才被创建，以后再被调用，返回的也是那个唯一的实例对象。

在多线程情况下，这种写法存在线程安全问题，比如：线程A在执行完if判断条件后进入阻塞状态，此时并没有进行对象创建，此时线程B来了，在执行完if条件后直接进行对象创建，等线程A恢复运行状态后也会进行对象创建，这个时候就不符合单例模式了，即出现了线程不安全的问题。

解决方案：在获取实例的静态方法上加synchronized关键字，即加锁

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式（懒汉式）
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;

    //私有构造器
    private Singleton(){
    }

    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果是首次调用，实例对象还没有被创建，就需要创建，否则都是返回已经创建过的那个对象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

简单粗暴，可达到我们的目的，但是每次获取实例对象都要有加锁操作，影响系统性能。

改进后的方案：双重检查

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式（懒汉式）
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;

    //私有构造器
    private Singleton(){
    }

    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次检查
        if (instance == null){
            //获取锁
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次检查
                if (instance==null){
                    //两次检查都确定没有已存在的实例对象，这才进行对象的创建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }

        }
        return instance;
    }

}

这样不必每次获取实例对象的时候都进行加锁操作，只有在第一次创建对象的时候才进行加锁操作，提高了系统性能。

但是，即使这样有可能会出现。因为 instance = new Singleton()这行代码在JVM中是两个操作，赋值和初始化实例，但JVM并不保证这两个操作的顺序，有可能JVM给新对象分配了空间，直接赋值给instance变量，然后才去做初始化实例操作。比如下面这种情况

1，A，B两个线程都进入第一个if条件

2，A线程先抢到锁进入到synchronized代码块，执行了instance = new Singleton()这行代码，然后释放锁，此时有可能JVM只给实例对象分配了空白的内存空间，并没有执行初始化操作

3，B线程抢到锁，进入到synchronized代码块，第二次判断的时候发现instance不是null，直接返回使用却发现得到的对象还没有被初始化，于是出现了问题。

再次改进：使用volatile关键字修饰声明的成员变量instance

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式（懒汉式）
 **/
public class Singleton {
    //声明变量,被volatile修饰
    private volatile static Singleton instance;

    //私有构造器
    private Singleton(){
    }

    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次检查
        if (instance == null){
            //获取锁
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次检查
                if (instance==null){
                    //两次检查都确定没有已存在的实例对象，这才进行对象的创建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }

        }
        return instance;
    }

}

volatile关键字作用：通过volatile修饰的变量，不会被线程本地缓存，所有线程对该对象的读写都会第一时间同步到主内存，从而保证多个线程间该对象的准确性。

这个写法已经比较完美了，既能保证安全的创建出唯一实例，又不会对系统性能有太大影响。

不过，还有更优的写法：静态内部类实现

​
/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:17
 * @description: 单例模式
 **/
public class Singleton {

    //私有构造器
    private Singleton() {
    }

    //静态内部类声明实例
    private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }

}

​

使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance()方法的时候，JVM能够保证创建出唯一的实例对象，并且这个实例对象是已经被初始化完成的，就解决了上面的线程安全问题

最后一种实现单例的写法也很完美，代码最简洁

通过枚举

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:33
 * @description: 单例模式
 **/
public enum Singleton {

    //代表一个Singleton实例
    INSTANCE;
}

通过枚举来实现单实例代码更加简洁，而且JVM从根本上保证实例对象的唯一性，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式 

以上就是浅析Java单例设计模式(自写demo)的详细内容，更多关于Java单例模式的资料请关注我们其它相关文章！