单例（Singleton）

2024-03-04 22:39:18

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

因为这个类只有一个实例，所以我们不能够允许调用方通过new的方式创建实例了。所以，单例的构造方法必须是private，这样就防止了调用方自己创建实例，但是在类的内部，可以通过一个静态字段来引用唯一创建的实例的：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

那么问题来了，外界调用方如何获取这个唯一实例？

答案是提供一个静态方法，直接返回实例：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 通过静态方法返回实例:
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

或者直接把static变量暴露给外部：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

总之就是，不给调用方创建实例，允许调用方去获取创建好的实例，所以单例模式的实现方式很简单：

1.只有private构造方法，确保外部无法实例化；

2.通过private static变量持有唯一实例，保证全局唯一性。

3.通过private static方法返回此唯一实例，使外部调用方能够获取到实例。

Java标准库有一些类就是单例，例如Runtime这个类：

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

有些童鞋可能听说过延迟加载，即在调用方第一次调用getInstance()时才初始化全局唯一实例，类似这样：

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

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

    private Singleton() {
    }
}

遗憾的是，这种写法在多线程中是错误的，在竞争条件下会创建出多个实例（比如有两个线程第一个线程A执行到if（INSTANCE==null）了但是接下来它失去了运行资源，cpu的资源给了另一个线程B，然后在这个时候，B线程也是符合if的条件的，所以在这种情况下，就创建了两次对象，无法达到我们要的全局仅此一个实例的效果，这里还会设计到原子性的知识，我之后更新一篇java原子性操作的随笔）。必须对整个方法进行加锁：

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

但是，加锁会严重的影响到并发性能，有的人会听说过双重检查，类似这样：

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

然而，由于Java的内存模型，双重检查在这里不成立。要真正实现延迟加载，只能通过Java的ClassLoader机制完成，没有特殊的需求，使用Singleton模式1的时候，最好不要延迟加载，这样会使代码更简单。

还有一种实现Singleton的方式是利用Java的enum，因为Java保证枚举类的每个美剧都是单例，所以我们只需编写一个只有一个枚举的类即可：

public enum World {
    // 唯一枚举:
    INSTANCE;

    private String name = "world";

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

枚举类也可以完全像其他类那样定义自己的字段，方法，这样上面这个World类在调用方看来就可以这么用：

String name = World.INSTANCE.getName();

使用枚举实现Singleton还避免了第一种方式实现Singleton的一个潜在问题：即序列化和反序列化会绕过普通类的private构造方法从而创建处多个实例，而枚举类就没有这个问题。

那么我们什么时候应该使用Singleton呢？实际上，很多程序，尤其是Web程序，大部分服务类都应该呗视作Singleton，如果全部按Singleton的写法些，会非常麻烦，所以，通常是通过约定让框架（例如Spring）来实例化这些类，保证只有一个实例，调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符：

@Component // 表示一个单例组件
public class MyService {
    ...
}

因此，除非很有表要，Singleton模式一般就是约定，不要去刻意实现。

码农公寓

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