单例设计模式(Singleton Design Pattern)理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象(或者实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例设计模式,简称单例模式。
为什么要使用单例?
如何实现一个单例?
要实现一个单例,我们需要关注的点无外乎下面几个:
- 构造函数需要是 private 访问权限的,这样才能避免外部通过 new 创建实例;
- 考虑对象创建时的线程安全问题;
- 考虑是否支持延迟加载;
- 考虑 getInstance() 性能是否高(是否加锁)。
饿汉式
饿汉式的实现方式,在类加载的期间,就已经将 instance 静态实例初始化好了,所以,instance 实例的创建是线程安全的。不过,这样的实现方式不支持延迟加载实例。
懒汉式
懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。这种实现方式会导致频繁加锁、释放锁,以及并发度低等问题,频繁的调用会产生性能瓶颈。
双重检测
双重检测实现方式既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。只要 instance 被创建之后,再调用 getInstance() 函数都不会进入到加锁逻辑中。所以,这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。
静态内部类
利用 Java 的静态内部类来实现单例。这种实现方式,既支持延迟加载,也支持高并发,实现起来也比双重检测简单。
枚举
最简单的实现方式,基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过 Java 枚举类型本身的特性,保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。
单例存在哪些问题?
- 单例对 OOP 特性的支持不友好
- 单例会隐藏类之间的依赖关系
- 单例对代码的扩展性不友好
- 单例对代码的可测试性不友好
- 单例不支持有参数的构造函数
单例有什么替代解决方案?
为了保证全局唯一,除了使用单例,我们还可以用静态方法、工厂模式、IOC 容器来实现。如何理解单例模式的唯一性?
单例类中对象的唯一性的作用范围是“进程唯一”的。“进程唯一”指的是进程内唯一,进程间不唯一;“线程唯一”指的是线程内唯一,线程间可以不唯一。实际上,“进程唯一”就意味着线程内、线程间都唯一,这也是“进程唯一”和“线程唯一”的区别之处。“集群唯一”指的是进程内唯一、进程间也唯一。如何实现线程唯一的单例?
我们通过一个 HashMap 来存储对象,其中 key 是线程 ID,value 是对象。如何实现集群环境下的单例?
我们需要把这个单例对象序列化并存储到外部共享存储区(比如文件)。进程在使用这个单例对象的时候,需要先从外部共享存储区中将它读取到内存,并反序列化成对象,然后再使用,使用完成之后还需要再存储回外部共享存储区。为了保证任何时刻在进程间都只有一份对象存在,一个进程在获取到对象之后,需要对对象加锁,避免其他进程再将其获取。在进程使用完这个对象之后,需要显式地将对象从内存中删除,并且释放对对象的加锁。如何实现一个多例模式?
“单例”指的是一个类只能创建一个对象。对应地,“多例”指的就是一个类可以创建多个对象,但是个数是有限制的,比如只能创建 3 个对象。多例的实现也比较简单,通过一个 Map 来存储对象类型和对象之间的对应关系,来控制对象的个数。
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