單例模式的 3 種實現方式
1. 在單例類被加載的時候實例化,這種實現方式被稱為餓漢模式。
1 public class Singleton { 2 private static Singleton instance; 3 4 static { 5 instance = new Singleton(); 6 } 7 8 private Singleton() { 9 } 10 11 public static Singleton getInstance() { 12 return instance; 13 }14 }
2. 在第一次用到單例對象時實例化,這種實現方式被稱為懶漢模式。
1 public class Singleton { 2 private static Singleton instance; 3 4 private Singleton() { 5 } 6 7 public static Singleton getInstance() { 8 if (instance == null) { 9 instance = new Singleton(); 10 }11 12 return instance; 13 } 14 }
需要註意的是這種實現方式是線程不安全的。假設在單例類被實例化之前,有兩個線程同時在獲取單例對象,線程1在執行完第8行 if (instance == null) 後,線程調度機制將 CPU 資源分配給線程2,此時線程2在執行第8行 if (instance == null) 時也發現單例類還沒有被實例化,這樣就會導致單例類被實例化兩次。為了防止這種情況發生,需要對 getInstance() 方法同步。下面看改進後的懶漢模式:
1 public class Singleton {2 private static Singleton instance; 3 4 private Singleton() { 5 } 6 7 // 線程安全的懶漢模式 8 public synchronized static Singleton getInstance() { 9 if (instance == null) { 10 instance = new Singleton(); 11 } 12 13 return instance; 14 } 15 }
3. 雙重加鎖(double check)
第2種實現方式中,每次獲取單例對象時都會加鎖,這樣就會帶來性能損失。雙重加鎖實現本質也是一種懶漢模式,相比第2種實現方式將會有較大的性能提升。
1 public class Singleton { 2 private volatile static Singleton instance; 3 4 private Singleton() { 5 } 6 7 public static Singleton getInstance() { 8 if (instance == null) { 9 synchronized (Singleton.class) { 10 if (instance == null) { 11 instance = new Singleton(); 12 } 13 } 14 } 15 16 return instance; 17 } 18 }
就算在單例類被實例化時有多個線程同時通過了第8行代碼 if (instance == null) 的判斷,但同一時間只有一個線程獲得鎖後進入臨界區。通過第8行判斷的每個線程會依次獲得鎖進入臨界區,所以進入臨界區後還要再判斷一次單例類是否已被其它線程實例化,以避免多次實例化。由於雙重加鎖實現僅在實例化單例類時需要加鎖,所以相較於第2種實現方式會帶來性能上的提升。另外需要註意的是雙重加鎖要對 instance 域加上 volatile 修飾符。由於 synchronized 並不是對 instance 實例進行加鎖(因為現在還並沒有實例),所以線程在執行完第11行修改 instance 的值後,應該將修改後的 instance 立即寫入主存(main memory),而不是暫時存在寄存器或者高速緩沖區(caches)中,以保證新的值對其它線程可見。
補充:第9行可以鎖住任何一個對象,要進入臨界區必須獲得這個對象的鎖。由於並不知道其它對象的鎖的用途,所以這裏最好的方式是對 Singleton.class 進行加鎖。
單例模式的 3 種實現方式