面試官：說說對單例模式的理解，最后的枚舉實現我居然不知
本文轉載自微信公眾號「Java極客技術」，作者鴨血粉絲 。轉載本文請聯系Java極客技術公眾號。
一、介紹
說起單例模式(Singleton Pattern)，想必大家都不不會陌生，它是 Java 中最簡單的設計模式之一，屬于創建型模式的一種，它提供了一種創建對象的最佳方式。
這種模式的意義在于保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點，避免重復的創建對象，節省系統資源。
二、實現思路
創建一個類，將其默認構造方法私有化，使外界不能通過new Object來獲取對象實例，同時提供一個對外獲取對象唯一實例的方法。
例如，創建一個SingleObject，如下：
- public class SingleObject {
- //創建 SingleObject 的一個對象
- private static SingleObject instance = new SingleObject();
- //讓構造函數為 private，這樣該類就不會被實例化
- private SingleObject(){}
- //獲取唯一可用的對象
- public static SingleObject getInstance(){
- return instance;
- }
- public void showMessage(){
- System.out.println("Hello World!");
- }
- }
從 singleton 類獲取唯一的對象
- public class SingletonPatternDemo {
- public static void main(String[] args) {
- //不合法的構造函數
- //編譯時錯誤：構造函數 SingleObject() 是不可見的
- //SingleObject object = new SingleObject();
- //獲取唯一可用的對象
- SingleObject object = SingleObject.getInstance();
- //顯示消息
- object.showMessage();
- }
- }
執行程序，輸出結果:
- Hello World!
三、單例模式的幾種實現方式
3.1、懶漢式，線程不安全(不推薦)
這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支持多線程。因為沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它并不算單例模式。這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全，在多線程不能正常工作。
- public class Singleton {
- private static Singleton instance;
- private Singleton (){}
- public static Singleton getInstance() {
- if (instance == null) {
- instance = new Singleton();
- }
- return instance;
- }
- }
3.2、懶漢式，線程安全(不推薦)
這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多線程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。優點：第一次調用才初始化，避免內存浪費。缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。getInstance() 的性能對應用程序不是很關鍵(該方法使用不太頻繁)。
- public class Singleton {
- private static Singleton instance;
- private Singleton (){}
- public static synchronized Singleton getInstance() {
- if (instance == null) {
- instance = new Singleton();
- }
- return instance;
- }
- }
3.3、餓漢式(推薦使用)
這種方式比較常用，但容易產生垃圾對象。優點：沒有加鎖，執行效率會提高。缺點：類加載時就初始化，浪費內存。它基于 classloader 機制避免了多線程的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實例化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是調用 getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態方法)導致類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = new Singleton();
- private Singleton (){}
- public static Singleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
3.4、雙檢鎖/雙重校驗鎖(推薦使用)
這種方式采用雙鎖機制，安全且在多線程情況下能保持高性能。getInstance() 的性能對應用程序很關鍵。
- public class Singleton {
- private volatile static Singleton singleton;
- private Singleton (){}
- public static Singleton getSingleton() {
- if (singleton == null) {
- synchronized (Singleton.class) {
- if (singleton == null) {
- singleton = new Singleton();
- }
- }
- }
- return singleton;
- }
- }
3.5、靜態內部類(推薦使用)
這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效，對靜態域使用延遲初始化，但實現更簡單。這種方式只適用于靜態域的情況，雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。
- public class Singleton {
- private static class SingletonHolder {
- private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
- }
- private Singleton (){}
- public static final Singleton getInstance() {
- return SingletonHolder.INSTANCE;
- }
- }
3.6、枚舉(推薦使用)
這種實現方式還沒有被廣泛采用，但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支持序列化機制，絕對防止多次實例化。這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還自動支持序列化機制，防止反序列化重新創建新的對象，絕對防止多次實例化。不過，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少用。
- public enum Singleton {
- INSTANCE;
- public void doMethod() {
- }
- }
四、應用
單例模式在Java中的應用也很多，例如Runtime就是一個典型的例子，源碼如下：
- public class Runtime {
- private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
- /**
- * Returns the runtime object associated with the current Java application.
- * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
- * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
- *
- * @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
- * Java application.
- */
- public static Runtime getRuntime() {
- return currentRuntime;
- }
- /** Don't let anyone else instantiate this class */
- private Runtime() {}
- ...
- }
很清晰的看到，使用了餓漢式方式創建單例對象!
五、總結
一般情況下，不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式，建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時，才會使用第 5 種登記方式。如果涉及到反序列化創建對象時，可以嘗試使用第 6 種枚舉方式。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。
