单例模式

申松朋

设计模式

发布于：2021年7月14日

次浏览

单例设计模式（Singleton）

知识点

1. 模式定义/应用场景/类图分析
2. 字节码知识/字节码指令重排序
3. 类加载机制
4. JVM序列化机制
5. 单例模式在Spring框架 & JDK源码中的应用

模式定义

保证一个类只有一个实例，并且提供一个全局的访问点

使用场景

重量级对象。不需要单个实例，如线程池，数据库连接池

实现方式

1.懒汉模式

懒汉模式：延迟加载， 只有在真正使用的时候，才开始实例化。

存在问题：

• 线程安全问题
• double check 加锁优化
• 编译器(JIT),CPU 有可能对指令进行重排序，导致使用到尚未初始化 的实例，可以通过添加volatile 关键字进行修饰，

对于volatile 修饰的字段，可以防止指令重排。（具体原理后续文章展开）

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

class LazySingleton{ 
    private volatile static LazySingleton instance; 
    private LazySingleton(){ 

    } 
    public static LazySingleton getInstance() { 
        if (instance==null){
            synchronized (LazySingleton.class){ 
                if (instance==null){ 
                    instance=new LazySingleton(); 
            // 字节码层 
            // JIT ， CPU 有可能对如下指令进行重排序
            // 1 .分配空间 
            // 2 .初始化 
            // 3 .引用赋值
            // 如重排序后的结果为如下 
            // 1 .分配空间 
            // 3 .引用赋值 如果在当前指令执行完，有其他线程来获取实例，将拿到尚未初始化好的实例 
            // 2 .初始化 
                } 
             } 
        }
        return instance;
    }
}

2.饿汉模式：

类加载的初始化阶段就完成了实例的初始化。本质上就是借助于jvm 类加载机制，保证实例的唯一性（初始化过程只会执行一次）及线程安全（JVM以同步的形式来完成类加载的整个过程）。

类加载过程：

1. 加载二进制数据到内存中， 生成对应的Class数据结构，
2. 连接： a. 验证， b.准备（给类的静态成员变量赋默认值），c.解析
3. 初始化： 给类的静态变量赋初值

只有在真正使用对应的类时，才会触发初始化 如（ 当前类是启动类即 main函数所在类，直接进行new 操作，访问静态属性、访问静态方法，用反射访问类，初始化一个类的子类等.）

1
2
3
4
5
6
7
8
9

// 饿汉模式 
class HungrySingleton{ 
    private static HungrySingleton instance=new HungrySingleton(); 
    private HungrySingleton(){ } 
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

3.静态内部类

1. 本质上是利用类的加载机制来保证线程安全
2. 只有在实际使用的时候，才会触发类的初始化，所以也是懒加载的一 种形式。

   1 2 3 4 5 6 7 8 9

   class InnerClassSingleton{ private static class InnerClassHolder{ private static InnerClassSingleton instance= new InnerClassSingleton(); } private InnerClassSingleton(){ } public static InnerClassSingleton getInstance(){ return InnerClassHolder.instance; } }