2. 程式人生 > >java 單例模式

java 單例模式

阿新 • • 發佈：2017-08-05
多線程安全 except detail 追加 earch 繼承 好處 config 什麽是

單例模式(Singleton)也叫單態模式，是設計模式中最為簡單的一種模式，甚至有些模式大師都不稱其為模式，稱其為一種實現技巧，因為設計模式講究對象之間的關系的抽象，而單例模式只有自己一個對象，也因此有些設計大師並把把其稱為設計模式之一。

這裏又不具體講如何實現單例模式和介紹其原理(因為這方便的已經有太多的好文章介紹了），如果對單例模式不了解的可以先看下：http://terrylee.cnblogs.com/archive/2005/12/09/293509.html 。當然也可以自己搜索。

好多沒怎麽使用過的人可能會想，單例模式感覺不怎麽用到，實際的應用場景有哪些呢？以下，我將列出一些就在咱們周邊和很有意義的單例應用場景。

1. Windows的Task Manager（任務管理器）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開兩個windows task manager嗎？ 不信你自己試試看哦~

2. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的單例應用。在整個系統運行過程中，回收站一直維護著僅有的一個實例。

3. 網站的計數器，一般也是采用單例模式實現，否則難以同步。

4. 應用程序的日誌應用，一般都何用單例模式實現，這一般是由於共享的日誌文件一直處於打開狀態，因為只能有一個實例去操作，否則內容不好追加。

5. Web應用的配置對象的讀取，一般也應用單例模式，這個是由於配置文件是共享的資源。

6. 數據庫連接池的設計一般也是采用單例模式，因為數據庫連接是一種數據庫資源。數據庫軟件系統中使用數據庫連接池，主要是節省打開或者關閉數據庫連接所引起的效率損耗，這種效率上的損耗還是非常昂貴的，因為何用單例模式來維護，就可以大大降低這種損耗。

7. 多線程的線程池的設計一般也是采用單例模式，這是由於線程池要方便對池中的線程進行控制。

8. 操作系統的文件系統，也是大的單例模式實現的具體例子，一個操作系統只能有一個文件系統。

9. HttpApplication 也是單位例的典型應用。熟悉ASP.NET(IIS)的整個請求生命周期的人應該知道HttpApplication也是單例模式，所有的HttpModule都共享一個HttpApplication實例.

總結以上，不難看出：

　　單例模式應用的場景一般發現在以下條件下：

　　（1）資源共享的情況下，避免由於資源操作時導致的性能或損耗等。如上述中的日誌文件，應用配置。

　　（2）控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。如線程池等。

設計模式（一）：單例模式（Singleton Pattern）

單例模式(Singleton Pattern)是設計模式中比較常用的一種，下面來總結單例模式的知識，包括：

1、理解什麽是單例模式、單例模式有什麽優點/缺點、單例模式的應用場景；

2、再來看看Java單例模式的6種代碼實現方式、每種實現方式有什麽需要註意的；

3、後面再來了解Java單例模式其他值得關註的地方，如比較靜態方法、以及Java反射、反序列化、垃圾回收的影響等。

1、什麽是單例模式

1-1、模式理解

保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

UML結構圖：

技術分享

模式角色：

一個類使用了單例模式，稱該類為單例類，如圖中的Singleton。

單例模式三要點：

（1）、單例類只能有一個實例

這是最基本的，真正做到整個系統中唯一並不容易，通常還要考慮反射破壞、序列化/反序列化、對象垃圾回收等問題。

（2）、單例類必須自己創建自己的唯一實例

通常給實例構造函數protected或private權限。

（3）、單例類必須給所有其他對象提供這一實例

通常定義靜態方法getInstance()返回。

1-2、特點

優點：

（1）、提供了對唯一實例的受控訪問，避免對資源的多重占用。

（2）、在內存裏只有一個實例，減少了內存的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實例。

（3）縮小名空間，避免全局變量汙染空間，但比類操作更靈活。

缺點：

（1）、由於單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴展有很大的困難。

（2）、 單例類的職責過重，在一定程度上違背了"單一職責原則"。

因為單例類既充當了工廠角色，提供了工廠方法，同時又充當了產品角色，包含一些業務方法，將產品的創建和產品的本身的功能融合到一起。

所以也不應過多使用單例模式。

1-3、應用

單例模式是一種對象創建型模式，用來編寫一個類，在整個應用系統中只能有該類的一個實例對象。

常見應用場景：

線程池、緩存、日誌、配置文件、打印機/顯卡等硬件設備的驅動程序對象等等。

JDK中的一些應用：

java.lang.Runtime#getRuntime()

java.text.NumberFormat#getInstance()

java.awt.GraphicsEnvironment#getLocalGraphicsEnvironment()

面向對象的設計模式可以說是一種“套路”，是不分編程語言的，而後面主要以Java言語為主。

2、單例模式實現示例

Java單例模式的實現有多種方式，使用Java實現如下所示。

2-1、餓漢式（簡單可用）

Lazy 初始化：否；

多線程安全：是；

描述：

這種方式比較常用，它基於JVM的類加載器機制避免了多線程的同步問題，對象在類裝載時就實例化，所以稱為餓漢式。

優點：沒有加鎖，執行效率會提高。

缺點：沒有Lazy初始化，可能有時候不需要使用，浪費內存。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {
  3. private static Singleton instance = new Singleton();
  5. private Singleton (){}
  7. public static Singleton getInstance() {
  8. return instance;
  10. }
  12. }

2-2、懶漢式（線程不安全，不可用）

Lazy 初始化：是；

多線程安全：否；

描述：

能夠在getInstance()時再創建對象，所以稱為懶漢式。這種實現最大的問題就是不支持多線程。因為沒有加鎖同步。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {
  3. private static Singleton instance;
  5. private Singleton (){}
  7. public static Singleton getInstance() {
  9. if (instance == null) {
  10. instance = new Singleton();
  11. }
  13. return instance;
  14. }
  16. }

2-3、同步方法的懶漢式（同步方法效率低，不推薦）

Lazy 初始化：是

多線程安全：是

描述：

除第一次使用，後面getInstance()不需要同步；每次同步，效率很低。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {
  3. private static Singleton instance;
  5. private Singleton (){}
  7. public static synchronized Singleton getInstance() {
  9. if (instance == null) {
  10. instance = new Singleton();
  11. }
  13. return instance;
  14. }
  16. }

2-4、雙重校驗鎖（可用）

Lazy 初始化：是；

多線程安全：是；

描述：

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。

實例變量需要加volatile 關鍵字保證易變可見性，JDK1.5起才可用。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {
  3. private volatile static Singleton singleton;
  5. private Singleton (){}
  7. public static Singleton getSingleton() {
  9. if (singleton == null) {
  10. synchronized (Singleton.class) {
  11. if (singleton == null) {
  12. singleton = new Singleton();
  13. }
  14. }
  15. }
  17. return singleton;
  18. }
  20. }

2-5、靜態內部類（推薦）

Lazy 初始化：是；

多線程安全：是；

描述：

同樣利用了JVM類加載機制來保證初始化實例對象時只有一個線程，靜態內部類SingletonHolder 類只有第一次調用 getInstance 方法時，才會裝載從而實例化對象。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {
  3. private static class SingletonHolder {
  5. private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  6. }
  8. private Singleton (){}
  10. public static final Singleton getInstance() {
  12. return SingletonHolder.INSTANCE;
  13. }
  15. }

2-6、枚舉（《Effective Java》推薦，不常見）

Lazy 初始化：否；

多線程安全：是；

描述：

從Java1.5開始支持enum特性；無償提供序列化機制，絕對防止多次實例化，即使在面對復雜的序列化或者反射攻擊的時候。

不過，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，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。

代碼實例：

[java] view plain copy
  1. public enum Singleton {
  3. //定義一個枚舉的元素，就代表Singleton實例
  4. INSTANCE;
  6. /*
  7. **假如還定義有下面的方法，調用：Singleton.INSTANCE.doSomethingMethod();
  8. */
  10. public void doSomethingMethod() {
  12. }
  14. }

2-7、小結

以上6種單例實現方式，不是線程安全的不能用，至於是否需要延時加載，看情況而定。

一般情況下，使用最基本、最簡單的第一種餓漢式就行了（JDK中有不少使用該種方式），需要延時加載的使用靜態內部類方式，需要高安全性的可以使用第6種枚舉方式。

3、其他關註點

3-1、單例模式VS靜態類（靜態屬性/方法）

把類中所有屬性/方法定義成靜態也可以實現"單例"。

那為什麽需要用"NEW"單例模式，在而不把類中所有屬性/方法定義成靜態的？

靜態類不用實例化就可以使用，雖然使用比較方便，但失去了面向對象的一些優點，適用於一些過程簡單且固定、不需要擴展變化、不需要維護任何狀態的類方法，如java.lang.Math，裏面每種計算方法基本都是固定不變的。

單例模式保證一個類對象實例的唯一性，有面向對象的特性，雖然擴展不容易，但還是可以被繼承（protected權限的構造方法）、重寫方法等。

3-2、Java反射攻擊破壞單例模式

上面6種Java單例模式實現方式除枚舉方式外，其他的給實例構造函數protected或private權限，依然可以通過相關反射方法，改變其權限，創建多個實例，如下：

[java] view plain copy
  1. public class Test {
  3. public static void main(String args[]) {
  5. Singleton singleton = Singleton.getInstance();
  7. try {
  9. Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
  10. constructor.setAccessible(true);
  11. Singleton singletonnew = constructor.newInstance();
  12. System.out.println(singleton == singletonnew);
  14. } catch (Exception e) {
  16. }
  17. }
  18. }

輸出結果：false

可以給構造函數加上判斷，限制創建多個實例，如下：

[java] view plain copy
  1. private Singleton() {
  3. if (null != Singleton.singleton) {
  5. throw new RuntimeException();
  6. }
  7. }

3-3、反序列化攻擊破壞單例模式

很多語言、框架都支持對象的序列化，對象序列化後再進行存儲或傳輸，以獲得更好的效率，之後再反序列化得到同樣的對象信息。

同樣，前面6種Java單例模式實現方式除枚舉方式外，其他方式用一樣的序列化數據，可以多次反序列出多個不同的實例對象。

對於Java語言提供的序列化/反序列化機制，需要單例類實現java.io.Serializable接口；而在在反序列化時會調用實例的readResolve()方法，只要加入該方法，並在方法中指定返回單例對象，就不會再新建一個對象，如下：

[java] view plain copy
  1. private Object readResolve() {
  2. return Singleton.singleton;
  3. }

另外，最好還要確保該類的所有實例域都為基本類型，或者是transient的。否則，還是可能受到攻擊破壞。

更多信息，可以參考：

《Effective Java》第二版 第77條：對於實例控制，枚舉類型優先於readResolve

3-4、單例模式中的單例對象會不會被垃圾回收？

對於JDK1.2後的JVM HotSpot來說，判斷對象可以回收需要經過可達性分析，由於單例對象被其類中的靜態變量引用，所以JVM認為對象是可達的，不會被回收。

另外，對於JVM方法區回收，由堆中存在單例對象，所以單例類也不會被卸載，其靜態變量引用也不會失效。

3-5、多JVM/ClassLoader的系統使用單例類

不同ClassLoader加載同一個類，對類本身的對象（Singleton.class）來說是不一樣的，所以可以創建出不同的單例對象，對不同JVM的情況更是如此，這些在JavaEE開發中還是比較常見。

所以，在多JVM/ClassLoader的系統使用單例類，需要註意單例對象的狀態，最好使用無狀態的單例類。

3-6、Spring（IOC框架）實現的單例

Spring的一個核心功能控制反轉（Inversion of Contro，IOC），或稱依賴註入（dependency injection ，DI）：
高層模塊通過接口編程，然後通過配置Spring的XML文件或註解來註入具體的實現類（Bean）。
這樣的好處的很容易擴展，想要更換其他實現類時，只需要修改配置就可以了。
其功能是通過IOC容器來實現，其默認生成的Bean是單例的：
在整個應用中（一般只用一個IOC容器），只創建Bean的一個實例，多次註入同一具體類時都是註入同一個實例。
IOC容器來實現過程簡述如下：
當需要註入Bean時，IOC容器首先解析配置找到具體類，然後判斷其作用域（@Scope註解）；
[email protected](ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)，則查找容器中之前有沒有為其創建了Bean實例；

如果有則直接註入該Bean實例，如果沒有生成一個放到容器中保存（ConcurrentHashMap -- map.put(bean_id, bean)），再註入。

註：其中解析配置查找具體類、生成Bean實例和註入過程都是通過Java反射機制實現的。

從上面可以了解到，Spring實現的單例和我們所說的單例設計模式不是一個概念：
前者是IOC容器通過Java反射機制實現，後者只是一種編程方法（套路）。
但總的來說，它們都可以實現“單例”。

4、總結

單例模式：

（1）、單例模式可以在一些應用場景帶來很好的效果，但不能濫用，因為單例模式並不是一種很好的模式。

（2）、單例模式有多種實現方式，沒有特殊要求的，用最基本、最簡單的餓漢式，需要延時加載的使用靜態內部類方式，需要高安全性的可以使用枚舉方式；

（3）、對其他關註點應有所了解，有時間可以深入探究，擴展知識面。

到這裏，我們對單例模式有了一個大體的了解，後面我們將了解其他的設計模式......

java 單例模式

相關推薦

Java單例模式

class auth pre light java on() ack private gets package singleton; /** * 單例模式 * @author pengYi * */ public class Singleton { priva

java單例模式等一些程序的寫法....持續更新...

new tor zed bsp 更新 餓漢式 blog stat cto 一、單例模式的寫法： public class MyFactory { /** * 餓漢式 */ private static MyFactory instanc

java 單例模式

多線程安全 except detail 追加 earch 繼承 好處 config 什麽是 單例模式(Singleton)也叫單態模式，是設計模式中最為簡單的一種模式，甚至有些模式大師都不稱其為模式，稱其為一種實現技巧，因為設計模式講究對象之間的關系的抽象，而單例模式只有自

java單例模式的心得

開發人員 性能 文章 人員 外部 訪問 單例 鎖定 初始化 　　由於設計模式對於java高級開發人員來說是非常重要的，網上也有很多關於設計模式的文章，博客等。所以，首先我對相對簡單的單例模式做一個簡單的總結。 　　一、實現方式 　　單例模式的實現方式有3種，分別是餓漢式

Java單例模式深入詳解

protected test 異常 except while 深入 bject his 不一致 Java單例模式深入詳解 一.問題引入 　　偶然想想到的如果把Java的構造方法弄成private，那裏面的成員屬性是不是只有通過static來訪問呢；如果構造方法是privat

Java單例模式 多種實現方式

main 概念 ron system sta ava 實現 args == 一：通過靜態私有成員實現單例模式 （1）：私有化構造函數 （2）：new靜態實例屬性對象,加鎖。 單例類： package SinglePag; /* * 構造函數私有化，結合鎖+靜態的概念 實

Java 單例模式 總結整理

java 單例模式 分享總結常見的5種單例模式： 第一、單例模式的使用場景 A、Windows的任務管理器、回收站、文件系統如F盤，都是很典型的單例模式 ； B、項目中，讀取配置文件的類，一般也是單例模式，沒有必要每次讀取都重新new一個對象加載 C、數據庫的連接池也是

Java - 單例模式

單例 type youdao 只需要 需要 dao ava 模式 分享圖片 追加說明： ① SingletonHolder的final聲明和SINGLETON的final聲明可以去掉（不去也不會報錯）。 ② 以上實現方式是真單例（線程安全，絕對唯一），一般適用於需要保證絕

java 單例模式5種寫法

浪費 get public color ring 缺點 threads 構造函數 java 單例模式 學習整理 飽漢模式(懶漢模式) 1 // 飽漢 2 // UnThreadSafe 3 public class Singleton1 { 4 private

Java單例模式&static成員變量 區別

instance .net 技術分享 static成員 使用 過程 () http 一加 當需要共享的變量很多時，使用static變量占用內存的時間過長，在類的整個生命周期。 而對象只是存在於對象的整個生命周期。 //餓漢式 class Sing

Java-單例模式

ati 對象實例 get 方式 懶漢 pre sta log style 一、　　單例模式：一種常用的軟件設計模式。通過單例模式可以保證系統中，應用該模式的類一個類只有一個實例。即一個類只有一個對象實例 二、　　應用：線程池、緩存、日誌對象、對話框、打印機、顯卡的驅動程序對

Java 單例模式的七種寫法

context single ted 永遠 載器 枚舉 有關 urn pub 第一種（懶漢，線程不安全）： public class Singleton { private static Singleton instance; private

Java單例模式幾種實現方式

開始 名稱 常量 就是 多線程開發 靜態代碼塊 浪費 ack 多線程同步 在平時的工作、學員的學習以及面試過程中，單例模式作為一種常用的設計模式，會經常被面試官問到，甚至筆試會要求學員現場默寫，下面將會就單例模式的實現思路和幾種常見的實現方式進行簡單的分享。

java單例模式（雙重檢查加鎖）的原因

csharp sta get 第一次 instance new 同步機制 原因 AR public class Singleton{ private static Singleton instance = null;//是否是final的不重要，因為最多只可能實

對Java單例模式 volatile關鍵字作用的理解

初始 urn class .com 重新 on() 內存空間 sta 兩個 　　單例模式是程序設計中經常用到的，簡單便捷的設計模式，也是很多程序猿對設計模式入門的第一節課。其中最經典的一種寫法是： class Singleton { private volatil

淺顯理解Java單例模式

        單例模式顧名思義，可以理解為只有一個例項存在，它是一種常用的軟體設計模式，在它的核心結構中值包含一個被稱為單例的特殊類。一個類只有一個例項，即一個類只有一個物件例項。         為什麼要有單例模

Java單例模式（雙重檢查）

今天又想起了單例模式，看了網上好多文章，加鎖和可見性。自己也寫了一遍單例模式。 public class SingleTon { private SingleTon(){ } private static volatile SingleTon singleTon=null

java 單例模式的設計

java 單例模式的設計 1.什麼是設計模式 2.什麼是單例模式 3.java設計單例模式的方法 4.餓漢式demo，內附java單例模式的實現步驟 5.懶漢式demo，內附java單例模式的實現步驟 6.餓漢式和懶

JAVA單例模式實現詳解

單例模式的特點 類的內部包括待返回的類的例項，為private static型別 類的建構函式為私有建構函式，以防止在其他類中例項化，private的作用是防止在其他類中用建構函式建立該類的例項 提供一個獲取例項的靜態方法 單例模式1:飽漢模式+考慮了執

ABAP和Java單例模式的攻防

ABAP CLASS zcl_jerry_singleton DEFINITION PUBLIC FINAL CREATE PRIVATE . PUBLIC SECTION. INTERFACES if_serializable_object . CLASS-METHODS class_con