單例模式的常用寫法

單例模式是最常用到的設計模式之一，熟悉設計模式的朋友對單例模式都不會陌生。一般介紹單例模式的書籍都會提到“餓漢式”和“懶漢式”這兩種實作方式。但是除了這兩種方式，本文還會介紹其他幾種實作單例的方式，讓我們來一起看看吧。

單例模式有很多種實作方式，下面給出我經常使用的一種方式：

簡介

單例模式是一種常用的軟體設計模式，其定義是單例對象的類隻能允許一個執行個體存在。

許多時候整個系統隻需要擁有一個的全局對象，這樣有利于我們協調系統整體的行為。比如在某個伺服器程式中，該伺服器的配置資訊存放在一個檔案中，這些配置資料由一個單例對象統一讀取，然後服務程序中的其他對象再通過這個單例對象擷取這些配置資訊。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。

基本的實作思路

單例模式要求類能夠有傳回對象一個引用（永遠是同一個）和一個獲得該執行個體的方法（必須是靜态方法，通常使用 getInstance 這個名稱）。

單例的實作主要是通過以下兩個步驟：

• 将該類的構造方法定義為私有方法，這樣其他處的代碼就無法通過調用該類的構造方法來執行個體化該類的對象，隻有通過該類提供的靜态方法來得到該類的唯一執行個體；
• 在該類内提供一個靜态方法，當我們調用這個方法時，如果類持有的引用不為空就傳回這個引用，如果類保持的引用為空就建立該類的執行個體并将執行個體的引用賦予該類保持的引用。

注意事項

單例模式在多線程的應用場合下必須小心使用。如果當唯一執行個體尚未建立時，有兩個線程同時調用建立方法，那麼它們同時沒有檢測到唯一執行個體的存在，進而同時各自建立了一個執行個體，這樣就有兩個執行個體被構造出來，進而違反了單例模式中執行個體唯一的原則。解決這個問題的辦法是為訓示類是否已經執行個體化的變量提供一個互斥鎖（雖然這樣會降低效率）。

單例模式的八種寫法

1、餓漢式（靜态常量）[可用]

public class Singleton {

    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
           

優點：這種寫法比較簡單，就是在類裝載的時候就完成執行個體化。避免了線程同步問題。

缺點：在類裝載的時候就完成執行個體化，沒有達到 Lazy Loading 的效果。如果從始至終從未使用過這個執行個體，則會造成記憶體的浪費。

2、餓漢式（靜态代碼塊）[可用]

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
           

這種方式和上面的方式其實類似，隻不過将類執行個體化的過程放在了靜态代碼塊中，也是在類裝載的時候，就執行靜态代碼塊中的代碼，初始化類的執行個體。優缺點和上面是一樣的。

3、懶漢式（線程不安全）[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

這種寫法起到了 Lazy Loading 的效果，但是隻能在單線程下使用。如果在多線程下，一個線程進入了 if (singleton == null) 判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個線程也通過了這個判斷語句，這時便會産生多個執行個體。是以在多線程環境下不可使用這種方式。

4、懶漢式（線程安全，同步方法）[不推薦用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

解決上面第三種實作方式的線程不安全問題，做個線程同步就可以了，于是就對 getInstance() 方法進行了線程同步。

缺點：效率太低了，每個線程在想獲得類的執行個體時候，執行 getInstance() 方法都要進行同步。而其實這個方法隻執行一次執行個體化代碼就夠了，後面的想獲得該類執行個體，直接 return 就行了。方法進行同步效率太低要改進。

5、懶漢式（線程安全，同步代碼塊）[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

由于第四種實作方式同步效率太低，是以摒棄同步方法，改為同步産生執行個體化的的代碼塊。但是這種同步并不能起到線程同步的作用。跟第3種實作方式遇到的情形一緻，假如一個線程進入了 if (singleton == null) 判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個線程也通過了這個判斷語句，這時便會産生多個執行個體。

6、雙重檢查 [推薦用]

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

Double-Check 概念對于多線程開發者來說不會陌生，如代碼中所示，我們進行了兩次 if (singleton == null) 檢查，這樣就可以保證線程安全了。這樣，執行個體化代碼隻用執行一次，後面再次通路時，判斷 if (singleton == null)，直接 return 執行個體化對象。

優點：線程安全；延遲加載；效率較高。

7、靜态内部類 [推薦用]

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}
           

這種方式跟餓漢式方式采用的機制類似，但又有不同。兩者都是采用了類裝載的機制來保證初始化執行個體時隻有一個線程。不同的地方在餓漢式方式是隻要 Singleton 類被裝載就會執行個體化，沒有 Lazy-Loading 的作用，而靜态内部類方式在 Singleton 類被裝載時并不會立即執行個體化，而是在需要執行個體化時，調用 getInstance 方法，才會裝載 SingletonInstance 類，進而完成 Singleton 的執行個體化。

類的靜态屬性隻會在第一次加載類的時候初始化，是以在這裡，JVM 幫助我們保證了線程的安全性，在類進行初始化時，别的線程是無法進入的。

優點：避免了線程不安全，延遲加載，效率高。

8、枚舉 [推薦用]

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {

    }
}
           

借助 JDK1.5 中添加的枚舉來實作單例模式。不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新建立新的對象。可能是因為枚舉在 JDK1.5 中才添加，是以在實際項目開發中，很少見人這麼寫過。

優點

系統記憶體中該類隻存在一個對象，節省了系統資源，對于一些需要頻繁建立銷毀的對象，使用單例模式可以提高系統性能。

缺點

當想執行個體化一個單例類的時候，必須要記住使用相應的擷取對象的方法，而不是使用 new，可能會給其他開發人員造成困擾，特别是看不到源碼的時候。

适用場合

• 需要頻繁的進行建立和銷毀的對象；
• 建立對象時耗時過多或耗費資源過多，但又經常用到的對象；
• 工具類對象；
• 頻繁通路資料庫或檔案的對象。

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