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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。
单例模式(Singleton)的目的是为了保证在一个进程中,某个类有且仅有一个实例。
因为这个类只有一个实例,因此,自然不能让调用方使用 new Xyz()
来创建实例了。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,是可以用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,外部调用方如何获得这个唯一实例?
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() {}} |
所以,单例模式的实现方式很简单:
- 只有
private
构造方法,确保外部无法实例化; - 通过
private static
变量持有唯一实例,保证全局唯一性; - 通过
public static
方法返回此唯一实例,使外部调用方能获取到实例。
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。必须对整个方法进行加锁:
public synchronized static Singleton getInstance() {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton();} | |
return INSTANCE; | |
} |
但加锁会严重影响并发性能。还有些童鞋听说过双重检查,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。如果没有特殊的需求,使用 Singleton 模式的时候,最好不要延迟加载,这样会使代码更简单。
另一种实现 Singleton 的方式是利用 Java 的enum
,因为 Java 保证枚举类的每个枚举都是单例,所以我们只需要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; | |
} | |
} |
枚举类也完全可以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
构造方法从而创建出多个实例,而枚举类就没有这个问题。
那我们什么时候应该用 Singleton 呢?实际上,很多程序,尤其是 Web 程序,大部分服务类都应该被视作 Singleton,如果全部按 Singleton 的写法写,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:
// 表示一个单例组件 | |
public class MyService {...} |
因此,除非确有必要,否则 Singleton 模式一般以“约定”为主,不会刻意实现它。
练习
使用两种 Singleton 模式实现单例。
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小结
Singleton 模式是为了保证一个程序的运行期间,某个类有且只有一个全局唯一实例;
Singleton 模式既可以严格实现,也可以以约定的方式把普通类视作单例。