Java单例类

你好！今天，我们将从 Java 单例模式开始，深入探讨各种设计模式的细节。让我们回顾一下：我们对设计模式一般了解多少？设计模式是我们可以用来解决许多已知问题的最佳实践。设计模式通常不依赖于任何编程语言。将它们视为一组建议，以帮助您避免错误并避免重新发明轮子。

Java中的单例是什么？

单例模式是最简单的类级设计模式之一。有时人们说“这个类是单例的”，这意味着该类实现了单例设计模式。有时需要编写一个类，我们将实例化限制为单个对象。例如，一个类负责记录或连接到一个数据库。单例设计模式描述了我们如何实现这一点。单例是一种做两件事的设计模式：

1. 它保证永远只有一个类的实例。

2. 它提供对该实例的单点全局访问。

因此，几乎每个单例模式的实现都有两个特征：

1. 私有构造函数。这限制了在类本身之外创建类对象的能力。

2. 返回类实例的公共静态方法。此方法称为getInstance。这是对类实例的全局访问点。

实施方案

单例设计模式以各种方式应用。每个选项都以其自己的方式是好的和坏的。一如既往，这里没有完美的选择，但我们应该争取一个。首先，让我们决定好与坏的构成，以及影响我们如何评估设计模式的各种实现的指标。让我们从好的开始。以下是使实施更具吸引力和吸引力的因素：

• 惰性初始化：直到需要时才创建实例。

• 简单透明的代码：这个指标当然是主观的，但它很重要。

• 线程安全：在多线程环境下正确运行。

• 多线程环境中的高性能：共享资源时很少或没有线程阻塞。

现在的缺点。我们将列出影响实施的因素：

• 没有惰性初始化：当应用程序启动时加载类，无论是否需要它（矛盾的是，在 IT 世界中，惰性更好）

• 复杂且难以阅读的代码。这个指标也是主观的。如果您的眼睛开始流血，我们会假设实施不是最好的。

• 缺乏线程安全。换句话说，“线程危险”。多线程环境下的错误操作。

• 多线程环境下的性能不佳：线程在共享资源时一直或经常相互阻塞。

代码

现在我们准备好考虑各种实施方案并指出优缺点：

简单的

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

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

最简单的实现。优点：

• 简单透明的代码

• 线程安全

• 多线程环境下的高性能

缺点：

• 没有惰性初始化。

为了修复前面的缺点，我们得到了第二个实现：

延迟初始化

public class Singleton {
  private static final Singleton INSTANCE;

  private Singleton() {}

  public static Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
      INSTANCE = new Singleton();
    }
    return INSTANCE;
  }
}

优点：

• 延迟初始化。

缺点：

• 不是线程安全的

这个实现很有趣。我们可以延迟初始化，但是我们失去了线程安全。不用担心——我们在第三个实现中同步所有内容。

同步访问

public class Singleton {
  private static final Singleton INSTANCE;

  private Singleton() {
  }

  public static synchronized Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
      INSTANCE = new Singleton();
    }
    return INSTANCE;
  }
}

优点：

• 延迟初始化。

• 线程安全

缺点：

• 多线程性能差

出色的！在第三个实现中，我们恢复了线程安全！当然慢了。。。现在getInstance方法是synchronized的，所以一次只能一个线程执行。我们实际上只需要同步初始化新实例的部分，而不是同步整个方法。但是我们不能简单地使用同步块来包装负责创建新实例的部分。这样做并不能确保线程安全。这一切都有点复杂。正确的同步可以在下面看到：

双重检查锁定

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE;

  private Singleton() {
  }

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

优点：

• 延迟初始化。

• 线程安全

• 多线程环境下的高性能

缺点：

• Java 1.5 以下的早期版本不支持（从 1.5 版本开始固定使用 volatile 关键字）

请注意，为了使此实施选项正常工作，必须满足两个条件之一。INSTANCE变量必须是final或volatile 。我们今天要讨论的最后一个实现是类持有者单例。

班级持有人

public class Singleton {

   private Singleton() {
   }

   private static class SingletonHolder {
       public static final Singleton HOLDER_INSTANCE = new Singleton();
   }

   public static Singleton getInstance() {
       return SingletonHolder.HOLDER_INSTANCE;
   }
}

优点：

• 延迟初始化。

• 线程安全。

• 多线程环境下的高性能。

缺点：

• 正确的操作需要保证单例对象的初始化没有错误。否则，对getInstance方法的第一次调用将导致ExceptionInInitializerError，所有后续调用将产生NoClassDefFoundError。

这个实现几乎是完美的。它是惰性的，线程安全的，而且速度很快。但它有细微差别，如缺点列表中所述。 单例模式的各种实现比较：

单例模式的优缺点

通常，单身人士会完全按照预期进行操作：

1. 它保证永远只有一个类的实例。

2. 它提供对该实例的单点全局访问。

但是，这种模式有缺点：

1. 单例违反了单一职责原则：单例类除了直接的职责外，还控制着实例的数量。

2. 普通类对单例的依赖在类的公共契约中是不可见的。

3. 全局变量不好。最终，单例会变成一个庞大的全局变量。

4. 单例的存在降低了整个应用程序的可测试性，尤其是使用单例的类。

就是这样！:) 我们已经与您探讨了 Java 单例类。现在，在你的余生中，当与你的程序员朋友交谈时，你不仅可以提及模式有多好，还可以说几句它的坏处。祝你好运掌握这些新知识。

补充阅读：

• Java 中的模式和单例
• 按需初始化 holder 习语
• 实现和使用单例设计模式的有效方法