一、背景

没有太多原由,纯粹是记录和总结自己从业以来经历和学习的点点滴滴。
本篇内容为 Java 设计模式系列的第一篇。

二、简单介绍

2.1 定义

单例模式是一种对象创建型模式,保证一个类只有一个实例,并且提供能对该实例加以访问的全局方法。

2.2 应用场景

  1. 操作系统的任务管理器

  2. 读取配置文件的类

  3. 数据库连接池

  4. Javaweb 中的 Servlet 实例

  5. Spring 创建的实例,默认为单例

三、实现方式

常用的实现方式有饿汉式、懒汉式和枚举类。
本篇文章主要讲饿汉式和懒汉式的单例模式。
共同点:将构造方法私有化,并且提供一个公共的方法访问该类的实例对象。
我们以任务管理器为例进行演示。

3.1 饿汉式

public class TaskManager {
    private static TaskManager tm = new TaskManager();
    private TaskManager() {
    }
    public static TaskManager getInstance() {
        return tm;
    }
}

优点:线程安全,不用加同步锁,因此在高并发时调用效率高。
缺点:不能懒加载,如果不使用该类的实例,浪费内存资源。

3.2 懒汉式

public class TaskManager {
    private static TaskManager tm;
    private TaskManager() {
    }
    public static synchronized TaskManager getInstance() {
        if (tm == null) {
            tm = new TaskManager();
        }
        return tm;
    }
}

优点:实现懒加载,合理利用系统资源。
缺点:需要添加同步锁,高并发时调用效率不高。
注意点:上边的懒汉式可以通过反射机制创建多个实例。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> clazz = Class.forName("com.light.gof.singleton.TaskManager");
        Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
        // 跳过检测机制
        constructor.setAccessible(true);
        TaskManager tm1 = (TaskManager) constructor.newInstance();
        TaskManager tm2 = (TaskManager) constructor.newInstance();
        System.out.println(tm1 == tm2);// 结果返回 false
    }
}

3.3 优化方式

将饿汉式和懒汉式的优点集中起来。

public class TaskManager {
    private TaskManager() {
    }
    private static class InnerTaskManager {
        private static final TaskManager tm = new TaskManager();
    }
    public static TaskManager getInstance() {
        return InnerTaskManager.tm;
    }
}

外部类没有静态属性,因此不会像饿汉式立即加载对象。
只有当调用公共方法(getInstance)时,才会加载静态内部类。加载内部类的过程是线程安全的。
内部类中通过 static final 确保内存中只有一个外部类的实例,因为实例变量(tm)只能被赋值一次。

四、UML 类图

类图表现如下:

五、性能比较

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 线程数
        int num = 10;
        // 计数器
        CountDownLatch cd = new CountDownLatch(num);
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                        // 此处替换不同实现方式的单例代码进行测试
                        TaskManager tm = TaskManager.getInstance();
                    }
                    cd.countDown();
                }
            }).start();
        }
        // 主线程等待
        cd.await();
        System.out.println("耗时:" + (System.currentTimeMillis() - t1) + "ms");
    }
}

测试结果:

实现方式 耗时
饿汉式 3ms
懒汉式 12ms
内部类方式 4ms

测试结果是相对的,硬件配置不同,测试结果不同,但是对于这个 3 种实现方式,它们的用时比例应该大致相同。

作者:月光中的污点

来源:https://www.extlight.com/2017/11/06/Java-%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E4%B9%8B%E5%8D%95%E4%BE%8B%E6%A8%A1%E5%BC%8F%EF%BC%88%E4%B8%80%EF%BC%89/