Java中如何实现单例模式

文章由LinuxBoy分享于2019-04-01 06:04:54热评（427）

Java中如何实现单例模式

Java中，单例模式通常有2种分类饿汉模式和懒汉模式。
饿汉模式指的是单例实例在类装载时就被创建了。
懒汉方式值的是单例实例在首次使用时才被创建。
无论是饿汉模式还是懒汉模式，都是用了一个静态成员变量来存放真正的实例。并且私有化构造函数，防止被外部实例化。
单例(饿汉模式)代码：
public class Singleton {
private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

//私有化构造方法，防止被实例化
private Singleton() {
}

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

单例懒汉模式代码，注意静态字段声明的时候，有一个volatile关键字，并且代码中两次判断是否是null，这种双重检测的机制为了应对多线程环境。
public class Singleton {
private static volatile Singleton INSTANCE = null;

//私有化构造方法，防止被实例化
private Singleton() {
}

//双重检测
public static Singleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) { //①

synchronized (Singleton.class) { //②

if (INSTANCE == null) { //③
INSTANCE = new Singleton(); //④
}
}
}

return INSTANCE;
}
}

需要注意的是，即使这种Doublecheck在C++中有效，但对JAVA5之前的代码还是有一点问题的。
原因在于，编译器会优化代码，可能导致赋值语句乱序执行，上述代码中，如果有2个线程A,B。A线程已经进入4位置，当4位置的代码执行时，需要注意 INSTANCE = new Singleton()这个行代码不是一个原子操作。
JVM可能在完成Singleton类的构造方法之前，会先把一块还未初始化完成的内存地址先分配给INSTANCE，而此时如果线程B进入1位置，会认为INSTANCE已经存在，从而返回了一个未初始化完成的内存块，这可能导致程序崩溃。正是由于是先给INSTANCE赋值在初始化内存块，还是先初始化内存块再复制给INSTANCE，这个顺序无法保证，所以这种机制会出现问。所以在JAVA5之后，扩充了 volatile关键字，确保一个变量写入和读取操作的顺其不会被编译器优化成乱序，volatile变量也不会被缓存到cpu寄存器中，保证了其读取的一致性。
这和C#中的volatile的关键字是一样的作用。
除了上面2中常见的方法之外，还有其他方法。比如下面一种比较经典的实现方法，使用一个内部类，JVM自身保证了自身安全，这个模式也是在《Effective Java》这本书中推荐的，这种方式不依赖于java版本。
public class Singleton {
private Singleton() {
}

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

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

但在JAVA5之后，最简单的单例实现方法是使用enum类型。
enum关键字是JAVA5中新增的，它和class，interface一样，也是一种数据类型。可以把它看成是一种特殊的类。可以在enum内部实现构造方法，字段，方法等，还可以实现接口。不过也有一些限定，枚举类中的构造器，默认为private修饰，且只能使用private。枚举类的所有实例必须在类中的第一行显式列出，否则这个枚举类不可能产生实例。JVM保证了这个每个枚举值只被初始化一次。正是由于这样一个特点，我们可以用如下代码可以实现单例。
public enum Singleton {INSTANCE;
public void dosth(String arg) {
// 逻辑代码
}
}

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