設計模式-單例模式（餓漢式及懶漢式的Java實現）

標籤：java   單例模式   設計模式   

單例模式

單例模式在程式設計中使用的頻率非常之高，其設計的目的是為了在程式中提供唯一一個對象（保證只被構造一次），例如寫入日誌的log對象，windows的工作管理員實現（只能開啟一個）。這裡主要介紹單例模式使用Java的實現（包括餓漢式及懶漢式）。

實現

這裡使用Log類作為例子，Log對象需要在程式中只有一個對象且只初始化一次。

餓漢式

餓漢式的單例模式理解起來是比較容易的，就是在單例類載入的時候就初始化需要單例的對象。實現也比較容易。

public class Singleton{    private static Log logObj = new Log();    public static Log getInstance(){        return logObj;    }}

懶漢式

如果logObj需要佔用很大的記憶體，如果一開始就初始化logObj，那麼會佔用大量的記憶體。此時，有人就想，如果我在想用的時候再初始化Log類的對象，像懶漢一樣，只有用到的時候再初始化，需要怎麼設計呢？

實現一（非安全執行緒版本）

public class Singleton{    private static Log logObj = null;    public static Log getInstance(){        if(logObj == null){            logObj = new Log();        }        return logObj;    }}

實現二（安全執行緒版本）

public class Singleton{    private static Log logObj = null;    public static synchronized Log getInstance(){        if(logObj == null){            logObj = new Log();        }        return logObj;    }}

為了實現安全執行緒，這個版本的實現犧牲了一定的效率，如果logObj已經初始化，那麼其他線程還需要同步的進入getInstance方法，會造成效率的損失。於是，有些人實現了下面的版本。

實現三（錯誤版本）

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

乍看起來上面的版本是沒問題的，如果某個線程A發現logObj 還沒初始化，那麼就進入同步塊初始化logObj，如果在這期間有其他線程B進入，那麼線程B就會等待進入同步塊，等待A 線程退出同步塊，logObj 已經初始化了，B 線程進入同步塊後發現logObj 不為null，退出同步塊，不再初始化logObj 。 這樣既實現了安全執行緒，又兼顧了效率，確實是很聰明的編碼方式。但是問題來了，由於指令重排序的存在，會導致Log在完全初始化之前logObj就已經不為null。這樣其他線程可能會得到未完全初始化的對象。

解決方案

1. JDK1.5版本後擴充了volitile語義，可以保證上述代碼的正確性，為此只要將logObj 聲明為volitile即可（volitile之前只是保證記憶體的可見度而已）。

2. 使用靜態內部類。

載入一個類時，其內部類不會同時被載入。一個類被載入，若且唯若其某個靜態成員（靜態域、構造器、靜態方法等）被調用時發生。

並且jvm會保證類載入的安全執行緒問題，所以利用這個特性可以寫出兼顧效率與保證安全執行緒的版本。

實現四（兼顧效率與安全執行緒的版本）

public class Singleton{    static class LogHolder{        static Log logObj = new Log();    }    public static Log getInstance(){        return LogHolder.logObj;    }}

這樣在Singleton類載入時，並不會載入LogHolder，也就不會初始化Log，如果有線程訪問getInstance方法，那麼jvm會首先載入LogHolder類，並保證初始化logObj，最後返回logObj。

著作權聲明：本文為博主原創文章，未經博主允許不得轉載。

設計模式-單例模式（餓漢式及懶漢式的Java實現）