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本人參考了：Balan的文章 Java Singleton 實(shí)用教程（附源碼）

原文地址：http://balan.javaeye.com/blog/164873

一、定義

單例模式（Singleton pattern）:確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局的訪問點(diǎn)。

這個(gè)定義包含兩層意思：

第一：我們把某個(gè)類設(shè)計(jì)成自己管理的一個(gè)單獨(dú)實(shí)例，同時(shí)也要避免其他類再自行產(chǎn)生實(shí)例。要想取得單個(gè)實(shí)例，通過單例類是唯一的途徑。

第二：我們必需提供對這個(gè)實(shí)例的全局訪問點(diǎn)：當(dāng)你需要實(shí)例時(shí)，向類查詢，它會給你返回單個(gè)實(shí)例。

注意：單例模式確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，是指在特定系統(tǒng)范圍內(nèi)只能有一個(gè)實(shí)例。有時(shí)在某些情況下，使用Singleton并不能達(dá)到Singleton的目的，如有多個(gè)Singleton對象同時(shí)被不同的類裝入器裝載；在EJB這樣的分布式系統(tǒng)中使用也要注意這種情況，因?yàn)镋JB是跨服務(wù)器，跨JVM的。

1。某個(gè)框架容器內(nèi)：如Spring IOC容器，可以通過配置保證實(shí)例在容器內(nèi)的唯一性。

2。再如單一JVM中、單一類加載器加載類的情況可以保證實(shí)例的唯一性。

如果在兩個(gè)類加載器或JVM中，可能他們有機(jī)會各自創(chuàng)建自己的單個(gè)實(shí)例，因?yàn)槊總€(gè)類加載器都定義了一個(gè)命名空間，如果有兩個(gè)以上的類加載器，不同的類加載器可能會加載同一個(gè)類，從整個(gè)程序來看，同一個(gè)類會被加載多次。如果這樣的事情發(fā)生在單例上，就會產(chǎn)后多個(gè)Singleton并存的怪異現(xiàn)象。所以如果你的程序有多個(gè)類加載,同時(shí)你又使用了單例模式，請一定要小心。有一個(gè)解決辦法是，自行給單例類指定類加載器（指定同一個(gè)類加載器）。

二、用處

有一些對象其實(shí)我們完全只需要一個(gè)即可，如：線程池（threadpool）、緩存（cache）、注冊表（registry)的對象、設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的對象等等。事實(shí)上，這些類的對象只能有一個(gè)實(shí)例，如果制造出多個(gè)實(shí)例，就會導(dǎo)致許多問題的產(chǎn)生，例如：程序的行為異常、資源的過量使用、產(chǎn)生不一致的結(jié)果等等。Java Singleton模式就為我們提供了這樣實(shí)現(xiàn)的可能。使用Singleton的好處還在于可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗拗屏藢?shí)例的個(gè)數(shù)，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。我們常?？吹焦S模式中類裝入器(class loader)中也用Singleton模式實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)楸谎b入的類實(shí)際也屬于資源。

三、Java Singleton模式常見的幾種形式

一）。使用立即創(chuàng)建實(shí)例，而不用延遲實(shí)例化的做法

1。使用全局變量

Java代碼

//Singleton with final field
public class Singleton {
public static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton(){
}
//...Remainder omitted
}

//Singleton with final fieldpublic class Singleton {public static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();private Singleton(){}//...Remainder omitted}

在這種方法中，公有靜態(tài)成員是一個(gè)final域（保證了總是包含相同的對象引用）。私有構(gòu)造函數(shù)僅被調(diào)用一次，用來實(shí)例化公有的靜態(tài)final域 Singleton.uniqueInstace。由于缺少公有的或者受保護(hù)的構(gòu)造函數(shù)，所有保證了Singleton的全局唯一性：一旦 Singleton類被實(shí)例化之后，只有一個(gè)Singleton實(shí)例存在——不多也不少。使用此Singleton類的程序員的任何行為都不能改變這一點(diǎn)。

2。使用公有的靜態(tài)工廠方法

Java代碼

//Singleton with static factory
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton(){
}
public static Singleton getInSingleton(){
return uniqueInstance;
}
//...Remainder omitted
}

//Singleton with static factorypublic class Singleton {private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();private Singleton(){}public static Singleton getInSingleton(){return uniqueInstance;}//...Remainder omitted}

第二種方法提供了一個(gè)公有的靜態(tài)工廠方法，而不是公有的靜態(tài)final域。利用這個(gè)做法，我們依賴JVM在加載這個(gè)類時(shí)馬上創(chuàng)建此類唯一的一個(gè)實(shí)例。JVM保證任何線程訪問uniqueInstance靜態(tài)變量之前，一定先創(chuàng)建此實(shí)例。

二）。使用延遲實(shí)例化的做法（使用公有的靜態(tài)工廠方法）

1。非線程安全的

Java代碼

public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance ;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInSingleton(){
if(uniqueInstance == null){
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
//...Remainder omitted
}

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance ;private Singleton(){}public static Singleton getInSingleton(){if(uniqueInstance == null){uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;}//...Remainder omitted}

先利用一個(gè)靜態(tài)變量uniqueInstance來記錄Singleton類的唯一實(shí)例，當(dāng)我們要使用它的實(shí)例時(shí)，如果它不存在，就利用私有的構(gòu)造器產(chǎn)生一個(gè)Singleton類的實(shí)例并把它賦值到uniqueInstance靜態(tài)變量中。而如果我們不需要使用這個(gè)實(shí)例，它就永遠(yuǎn)不會產(chǎn)生。這就是"延遲實(shí)例化(lazy instantiaze)"。但上面這段程序在多線程環(huán)境中是不能保證單個(gè)實(shí)例的。分析如下：

時(shí)間點(diǎn)	線程1	線程2	uniqueInstance的值
1	線程1,2同時(shí)訪問Singleton.getInstance()方法
2	進(jìn)入Singleton.getInstance()方法		null
3		進(jìn)入Singleton.getInstance()方法	null
4	執(zhí)行if(uniqueInstance == null)判斷		null
5		執(zhí)行if(uniqueInstance == null)判斷	null
6	執(zhí)行uniqueInstance = new Singleton()		Singleton1
7		執(zhí)行uniqueInstance = new Singleton()	Singleton2
8	執(zhí)行return uniqueInstance;		Singleton1
9		執(zhí)行return uniqueInstance;	Singleton2

如上分析所示，它已產(chǎn)生了兩個(gè)Singleton實(shí)例。

2。多線程安全的

Java代碼

public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance ;
private Singleton(){
}
public synchronized static Singleton getInSingleton(){
if(uniqueInstance == null){
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
//...Remainder omitted
}

public class Singleton {private static Singleton uniqueInstance ;private Singleton(){}public synchronized static Singleton getInSingleton(){if(uniqueInstance == null){uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;}//...Remainder omitted}

通過給getInstance()方法增加synchronized關(guān)鍵字，也就是給getInstance()方法線程加鎖，迫使每次只能有一個(gè)線程在進(jìn)入這個(gè)方法，這樣就可以解決上面多線程產(chǎn)生的災(zāi)難了。但加鎖的同步方法可能造成程序執(zhí)行效率大幅度下降，如果你的程序?qū)π阅艿囊蠛芨?，同時(shí)你的getInstance（）方法調(diào)用的很頻繁，這時(shí)可能這種設(shè)計(jì)也不符合程序要求了。其實(shí)這種加鎖同步的方法用在這確實(shí)有一定的問題存在，因?yàn)閷?Singleton類來說，只有在第一次執(zhí)行g(shù)etInstance（）方法時(shí)，才真正的需要對方法進(jìn)行加鎖同步，因?yàn)橐坏┑谝淮卧O(shè)置好 uniqueInstance變量后，就不再需要同步這個(gè)方法了。之后每次調(diào)用這個(gè)方法，同步反而成了一種累贅。

3。用"雙重檢查加鎖",在getInstance()方法中減少使用同步:

Java代碼

public class Singleton {
// volatile關(guān)鍵字確保當(dāng)uniqueInstance變量被初始化成Singleton實(shí)例時(shí),多個(gè)線程正確地處理uniqueInstance變量
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInSingleton() {
if (uniqueInstance == null) {// 檢查實(shí)例,如是不存在就進(jìn)行同步代碼區(qū)
synchronized (Singleton.class) {// 對其進(jìn)行鎖,防止兩個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入同步代碼區(qū)
if (uniqueInstance == null) {// 雙重檢查,非常重要,如果兩個(gè)同時(shí)訪問的線程,當(dāng)?shù)谝痪€程訪問完同步代碼區(qū)后,生成一個(gè)實(shí)例;當(dāng)?shù)诙€(gè)已進(jìn)入getInstance方法等待的線程進(jìn)入同步代碼區(qū)時(shí),也會產(chǎn)生一個(gè)新的實(shí)例
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
// ...Remainder omitted
}

public class Singleton {// volatile關(guān)鍵字確保當(dāng)uniqueInstance變量被初始化成Singleton實(shí)例時(shí),多個(gè)線程正確地處理uniqueInstance變量private volatile static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public static Singleton getInSingleton() {if (uniqueInstance == null) {// 檢查實(shí)例,如是不存在就進(jìn)行同步代碼區(qū)synchronized (Singleton.class) {// 對其進(jìn)行鎖,防止兩個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入同步代碼區(qū)if (uniqueInstance == null) {// 雙重檢查,非常重要,如果兩個(gè)同時(shí)訪問的線程,當(dāng)?shù)谝痪€程訪問完同步代碼區(qū)后,生成一個(gè)實(shí)例;當(dāng)?shù)诙€(gè)已進(jìn)入getInstance方法等待的線程進(jìn)入同步代碼區(qū)時(shí),也會產(chǎn)生一個(gè)新的實(shí)例uniqueInstance = new Singleton();}}}return uniqueInstance;}// ...Remainder omitted}

對于雙重檢查加鎖（Double-Checked Locking）有一篇文章解釋的很深入：http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

三。Sington類的序列化

為了使Singleton類變成可序列化的(serializable)，僅僅實(shí)現(xiàn)Serializable接口是不夠的。為了維護(hù) Singleton的單例性，你必須給Singleton類提供一個(gè)readResolve方法，否則的話，一個(gè)序列化的實(shí)例，每次反序列化的時(shí)候都會產(chǎn)生一個(gè)新的實(shí)例。Singleton 也不會例外。

如下所示：

Java代碼

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;
//Singleton with final field
public class Singleton implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 5765648836796281035L;
public static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton(){
}
//...Remainder omitted
public static void main(String[] args) throws Exception{
//序列化
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\Singleton.obj"));
Singleton singleton = Singleton.uniqueInstance;
objectOutputStream.writeObject(singleton);
objectOutputStream.close();
//反序列化
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\Singleton.obj"));
Singleton singleton2 = (Singleton)objectInputStream.readObject();
objectInputStream.close();
//比較是否原來的實(shí)例
System.out.println(singleton==singleton2);
}
}

import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.ObjectStreamException;import java.io.Serializable;//Singleton with final fieldpublic class Singleton implements Serializable{private static final long serialVersionUID = 5765648836796281035L;public static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();private Singleton(){}//...Remainder omittedpublic static void main(String[] args) throws Exception{//序列化ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\Singleton.obj"));Singleton singleton = Singleton.uniqueInstance;objectOutputStream.writeObject(singleton);objectOutputStream.close();//反序列化ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\Singleton.obj"));Singleton singleton2 = (Singleton)objectInputStream.readObject();objectInputStream.close();//比較是否原來的實(shí)例System.out.println(singleton==singleton2);}}

輸出結(jié)果為:false

解決方法是為Singleton類增加readResolve()方法：

Java代碼

//readResolve 方法維持了Singleton的單例屬性
private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
return uniqueInstance;
}

//readResolve 方法維持了Singleton的單例屬性private Object readResolve() throws ObjectStreamException{return uniqueInstance;}

再進(jìn)行測試：輸出結(jié)果為true

反序列化之后新創(chuàng)建的對象會先調(diào)用此方法，該方法返回的對象引用被返回，取代了新創(chuàng)建的對象。本質(zhì)上，該方法忽略了新建對象，仍然返回類初始化時(shí)創(chuàng)建的那個(gè)實(shí)例。

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