单例模式与静态类
单例模式:是一种常用的创建对象的方式,比起普通方式创建对象,这种思想具有非常多的优点。是java 23种设计模式之一。
构造器被私有化,类中对外提供唯一对象,常见的有懒汉式和饿汉式等。
懒汉式:调用时创建一个对象,后续调用不再重新创建。
饿汉式:类加载时就创建了,并且只创建一次。
静态类(常见的工具类都是):所有的成员都是静态的。可以认为是静态的集合。
例如:
Math类是一个静态类。
我们使用Math.round()方法时,并不关注Math类本身,关注的其实是round方法的方法体中的代码执行逻辑。
使用工具类,其实是使用了工具类中方法的方法体。与类对象无关。
所以单例模式与静态类的区别在于:
单例模式是面向对象的设计。本质上还是创建对象,调用方法。单例存在的根本就是为了得到对象。
静态类是单纯使用方法体,对象没有存在的价值。所以直接使用类名调用,不创建对象。静态类存在是为了快捷方便的使用里面的方法。
二者设计目标不同。
静态类构造函数没有存在的价值,单例模式需要获取对象,所以必须有构造器,但是私有化。而且可以有非静态的成员。(单例模式推荐使用静态的成员)
单例模式:
第一种:
懒汉式①,线程不安全。
实例
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
一句话:先定义变量,不初始化。等到使用时初始化。但是多线程时有问题。
第二种:
懒汉式②,线程安全。
优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。
缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。
实例
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
} return instance;
}
}
一句话:先定义变量,不初始化。等到使用时初始化。加锁了,多线程也可以很好地使用。但是效率低。
第三种:
饿汉式③,线程安全。
这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。
优点:没有加锁,执行效率会提高。
缺点:类加载时就初始化,浪费内存。
基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
实例
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
一句话:类加载时就创建对象。类被加载的可能性太高,有时候类被加载不一定需要使用到对象,导致内存垃圾产生。
第四种:
双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:是
这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。
实例
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
一句话:调用时才创建,但是双重锁机制,既多线程安全,也保证高效。
第五种:
登记式/静态内部类
是否 Lazy 初始化:是
是否多线程安全:是
这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程,它跟第 3 种方式不同的是:第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果),而这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用,只有通过显式调用 getInstance 方法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。想象一下,如果实例化 instance 很消耗资源,所以想让它延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。
实例
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
一句话:内部类使用类似饿汉式方式,外部类的类方法对外返回对象。线程安全,节省内存。
文中部分内容节选自菜鸟教程:http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html