单例的几种写法

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「核心设计」

把构造函数设置为私有，不允许外部创建类的实例，通过静态方法getInstance()获取唯一实例。

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1. 饿汉式

设计类的私有静态实例instance，在类加载的时候，instance 就已经创建并初始化好了，所以，instance实例的创建过程是线程安全的。

通过静态方法getInstance()返回instance时，不存在竞态条件，也是线程安全的。

优点：简单，线程安全，性能高

缺点：不支持延迟加载，如果实例占用资源多或初始化耗时长，提前初始化实例是资源


public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
  private IdGenerator() {}
  public static IdGenerator getInstance() {
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

2. 懒汉式

不事先初始化instance，在getInstance()方法中增加一步，判断如果instance==null，则先创建实例。

优点：简单，支持懒加载

缺点：为保证线程安全，getInstance()需要上锁同步，并发度低，当单例被频繁用到时，会成为性能瓶颈


public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static IdGenerator instance;
  private IdGenerator() {}
  public static synchronized IdGenerator getInstance() {
    if (instance == null) {
      instance = new IdGenerator();
    }
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

3. 双重检测

为提高懒汉式的并发能力，减小锁的颗粒度。

优点：既支持懒加载，又支持高并发

缺点：代码逻辑复杂，容易写错


public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static IdGenerator instance;
  private IdGenerator() {}
  public static IdGenerator getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized(IdGenerator.class) { // 此处为类级别的锁
        if (instance == null) {
          instance = new IdGenerator();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

说明：

  1. 同步块内外两次检查instance==null，是为了防止出现并发时，几个线程相继获得锁进入同步块后，分别创建instance实例，多次赋值
  2. 本代码在多线程条件下存在竞态条件，需要考虑instance变量的可见性和赋值的原子性，故代码逻辑复杂，易出错：
    1. instance要对全部线程可见，这个通过synchronized或volatile关键字保证，本代码基于前者
    2. 赋值的原子性，即instance = new IdGenerator()这一行，在旧版本的java（java7及以下），本语句编译后不是原子的，若发生指令重排，其他线程可能拿到错误的instance对象
  3. 基于第2-2点，旧版本的java中，为保证并发时的正确性，instance的声明语句需要volatile关键字避免指令重排，即要改为private volatile static IdGenerator instance;

4. 使用静态内部类

使用静态内部类，能达到“双重检测”一样的效果，且实现更简单，不易出错。

优点：高并发、线程安全、支持懒加载、简单

缺点：暂无


public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private IdGenerator() {}

  private static class SingletonHolder{
    private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
  }

  public static IdGenerator getInstance() {
    return SingletonHolder.instance;
  }

  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

说明：

  1. SingletonHolder 是一个静态内部类，当外部类 IdGenerator被加载的时候，并不会创建 SingletonHolder 实例对象；只有当调用 getInstance() 方法时，SingletonHolder 才会被加载，这个时候才会创建 instance
  2. instance 的唯一性、创建过程的线程安全性，都由 JVM 来保证
  3. 现在若使用Intelij Idea 写单例，写一个“双重检测”的单例实现后，idea会自动提示重构为“使用内部静态类”的方式

5. 其他方法

对于Java语言而言，还可以通过枚举类型实现单例，它是通过 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：


public enum IdGenerator {
  INSTANCE;
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);

  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

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本文代码，直接使用了极客时间王争老师的专栏《设计模式之美》，点击的『这里』可查阅，也可以扫下面二维码订阅。

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