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Java 设计模式 — 单例模式

  1. 有些时候,我们想要一个类在整个系统中仅存在一个实例。比如说,系统给我们提供了一个打印机硬件设施,但是我们在系统中多次new 打印机,创建出多个打印机的实例去完成打印任务,那么这个时候就会出现资源冲突现象,这就要求我们必须想一个办法,去确保系统中存在唯一的一个打印机实例,解决方法有很多种,比如
  • 创建一个全局变量
public static Printer mPrinter = new Printer();

这样创建一个全局变量,并且规定想要使用打印机服务,必须使用mPrinter 这个实例去完成,不得再去创建新的打印机实例,这种方法是可以解决这个问题的。但是这种方法是有缺陷的,比如,一些不遵守规则的人或者说不明白规则的人又创建了一个Printer实例,还是会引起冲突,这就出现了单例模式。

  1. 单例模式

单例模式UML

如图示,如若我们将单例模式的构造方法设置成private,也就是私有的,只提供给一个获得实例的接口,并且在getInstance 方法中做些特殊处理,就可以保证系统中存在唯一实例,下面介绍几种单例模式的实现方法。

  • 经典实现方法(懒汉式)
public class Printer {

    private static Printer mPrinter = null;

    private Printer(){

    }

    public static Printer getInstance(){

        if(null == mPrinter){
            mPrinter = new Printer();
        }

        return mPrinter;
    }

}

通过这种定义方法,就可以保证系统中仅存在唯一实例,是吗?
一般情况下,这种方式是不会存在问题的,但是因为多线程,导致这种方法是不可靠的。举例来说,如果系统中存在两个子线程,同时进入 getInstance() 函数,当一个线程刚刚通过if判断语句,还未来得及 new 出一个实例,线程切换,另一个线程也通过了if判断语句,那么这个时候就会new出两个实例,还是无法保证在多线程条件下的单一性,所以我们需要在getInstance() 函数前加入 synchronized 关键字。

    public static synchronized Printer getInstance(){

        if(null == mPrinter){
            mPrinter = new Printer();
        }

        return mPrinter;
    }

synchronized 处理,可以保证同一时刻,只有一个线程可以进入getInstance() 函数,但是如果我们需要多次调用getInstance() 函数时,这种方法是非常消耗资源的。当然,如果我们只是很少次使用这个函数,那么这种方法是完全满足需求的。那么针对多次使用的情况,我们只能使用下一种方式了。

  • 饿汉式
public class Printer {

    private static Printer mPrinter = new Printer();

    private Printer(){

    }

    public static Printer getInstance(){
        return mPrinter;
    }

}

这种方法我们直接在定义的时候就 new 出了一个实例,无论调用getInstance() 多少次,我们也只会返回固定的一个实例,也就不存在多线程同步的问题了。

但是,如果我们从头到位并没有用到 Printer ,而我们却草率的 new 出了一个实例,这样会占用内存资源,所以我们还要用到下一种方法。

  • 双重检查锁定
public class Printer {

    private static volatile Printer mPrinter = null;

    private Printer(){

    }

    public static Printer getInstance(){
        if(null == mPrinter){

            synchronized (Printer.class){

                if(null == mPrinter){

                    mPrinter = new Printer();
                }
            }
        }

        return mPrinter;
    }

}

当一个线程通过第一个if判断语句时,无论怎样,在同一时刻,只有一个线程可以进入第二个if判断语句,而且会new 出一个实例,保证synchronized方法从始至终只会执行一次,这样就解决了饿汉式和懒汉式的尴尬,因为它既不会像懒汉式那样多次进入synchronized方法占用系统资源,也不会像饿汉式那样在不使用的情况下占用系统资源。

  • 一种更好的实现方法

事实上还存在一种能够将饿汉式和懒汉式的缺点全部克服而且能将二者的优点合二为一的方法,那就是 Initialization on Demand Holder(IoDH)方法。

public class Printer {

    private Printer(){

    }

    public static Printer newInstance(){
        return CreatePrinter.mPrinter;
    }

    private static class CreatePrinter{
        private final static Printer mPrinter = new Printer();
    }

}

因为静态的单例对象没有作为类的成员变量直接实例化,因此在Printer类加载时并没有实例化mPrinter。第一次调用newInstance() 的时候加载内部类CreatePrinter ,该内部类定义了一个static 类型的变量mPrinter,此时会首先初始化这个变量,由JVM 来保证其线程安全性,确保该成员变量只被实例化一次。

可见,通过使用这个方法,不仅实现了延迟加载,又可以保证线程安全,不影响系统性能。