有些对象我们只需要一个,比如,配置文件、工具类、线程池、缓存、日志对象等。如何保证对象/实例只有一个?我们可以通过单例模式实现。
Java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。
单例模式有以下特点:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
一、饿汉式
public class Singleton { private Singleton(){} //在类初始化时,已经自行实例化 private static final Singleton singleton = new Singleton(); /** * 静态工厂方法 */ public static Singleton getInstance(){ return singleton; } }
饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。
二、懒汉式
public class Singleton { private Singleton(){} private static Singleton singleton = null; /** * 静态工厂方法,在第一次调用的时候加载 */ public static Singleton getInstance(){ if(singleton==null){ singleton = new Singleton(); } return singleton; } }
Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全。
第一种:在getInstance方法上加同步
public class Singleton { private Singleton(){} private static Singleton instance = null; public static synchronized Singleton getInstance(){ if(instance==null){ instance = new Singleton(); } return instance; } }
第二种:双重检查锁定
public class Singleton { private Singleton(){} private static Singleton instance = null; public static Singleton getInstance(){ if(instance==null){ synchronized(Singleton.class){ instance = new Singleton(); } } return instance; } }
第三种:静态内部类
public class Singleton { private Singleton(){} private static Singleton instance = null; public static Singleton getInstance(){ if(instance==null){ synchronized(Singleton.class){ instance = new Singleton(); } } return instance; } }
这种比上面1、2都好一些,既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响。
三、登记式
/** * 类似Spring里面的方法,将类名注册,下次从里面直接获取 */ public class Singleton { private static Map<String, Singleton> map = new HashMap<String, Singleton>(); static { Singleton instance = new Singleton(); map.put(instance.getClass().getName(), instance); } private Singleton(){} /** * 静态工厂方法,返还此类惟一的实例 */ public static Singleton getInstance(String name){ if(name == null){ name = Singleton.class.getName(); } if(map.get(name)==null){ try{ map.put(name, (Singleton)Class.forName(name).newInstance()); }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } } return map.get(name); } }
登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记薄)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。
四、区别
从名字上来说,饿汉和懒汉,饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。
另外从以下两点再区分以下这两种方式:
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,
懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成;
而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别,
第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,
第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。
以上为转载...
五、实际应用中的一个例子
缓存工具,采用登记式
/** * 通过把数据库中的数据全部加载到 map 中来实现的数据缓存. */ public class CacheManager { private Map<String, CacheBase> bucket = new ConcurrentHashMap<String, CacheBase>(); public <T extends CacheBase> T getCache(Class<T> cls) { CacheBase cache = bucket.get(cls.getSimpleName()); if (cache == null) { synchronized (this) { // 获得缓存对象 cache = SpringContext.getContext().getBean(cls); // 缓存初始化 boolean b = cache.init(); if (!b) { throw new RuntimeException("init error!"); } bucket.put(cls.getSimpleName(), cache); } } return (T) cache; } /** * 预先调用一下,让缓存初始化 */ public void prepare(Class... cls) { for (Class class1 : cls) { this.getCache(class1); } } /** * 清除缓存 */ public <T extends CacheBase> void destoryCache(Class<T> cls) { CacheBase cache = bucket.get(cls.getSimpleName()); if (cache == null) { return; } synchronized (cache) { cache.destroy(); bucket.remove(cls.getSimpleName()); } } }
缓存类-父类
public abstract class CacheBase { protected abstract boolean init(); protected abstract void destroy(); }
缓存类-子类
public class ChildrenCache extends CacheBase { private Map<Long, ObjectCache> resultMap = new HashMap<Long, ObjectCache>(); public ObjectCache getObjectCache(long id) { return resultMap.get(id); } protected boolean init() { List<ObjectCache> eventList = new ArrayList<ObjectCache>(); /** * 这里一般是业务逻辑,从数据库取需要缓存的数据 */ if (eventList == null || eventList.isEmpty()) { return false; } for (ObjectCache mr : eventList) { long id = mr.getId(); if (resultMap.get(id) == null) { resultMap.put(id, mr); } } return true; } protected void destroy() { resultMap.clear(); } }
运用加载缓存
private void readyCache() { CacheManager cacheManager = applicationContext.getDao(CacheManager.class); cacheManager.prepare(ChildrenCache.class); }