在Java中实现单例设计模式的有效方法是什么?


确保你真的需要它。在谷歌上搜索“singleton反模式”,看看反对它的一些论点。

我想这并没有什么本质上的问题,但它只是一种公开某些全局资源/数据的机制,因此请确保这是最好的方法。特别是,我发现依赖注入(DI)更有用,特别是如果您也在使用单元测试,因为DI允许您将模拟资源用于测试目的。


维基百科有一些单态的例子,也在Java中。Java5实现看起来非常完整,并且是线程安全的(应用了双重检查锁定)。


在写它之前,真的要考虑一下为什么你需要一个单例。关于使用它们有一个准宗教的争论,如果你在Java中搜索单例,你很容易就会发现。

就我个人而言,出于许多原因,我尽量避免单身汉,其中大部分可以通过谷歌搜索单身汉找到。我觉得单身汉经常被虐待,因为他们很容易被每个人理解。它们被用作将“全局”数据引入OO设计的机制,因为它很容易绕过对象生命周期管理(或者真正思考如何从B内部实现a)。看看像控制反转(IoC)或依赖注入(DI)这样的事情,可以找到一个不错的中间地带。

如果你真的需要一个,那么Wikipedia有一个很好的例子来说明单例的正确实现。


忘记延迟初始化;这太有问题了。这是最简单的解决方案:

public class A {    

    private static final A INSTANCE = new A();

    private A() {}

    public static A getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

如果您不需要延迟加载,那么只需尝试:

public class Singleton {
    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() { return Singleton.INSTANCE; }

    protected Object clone() {
        throw new CloneNotSupportedException();
    }
}

如果您希望延迟加载并且希望单例是线程安全的,请尝试双重检查模式:

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

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

    protected Object clone() {
        throw new CloneNotSupportedException();
    }
}

由于双重检查模式不能保证有效(由于编译器的一些问题,我对此一无所知),因此您也可以尝试同步整个getInstance方法或为所有单例创建注册表。


Java 5+中的线程安全:

class Foo {
    private static volatile Bar bar = null;
    public static Bar getBar() {
        if (bar == null) {
            synchronized(Foo.class) {
                if (bar == null)
                    bar = new Bar();
            }
        }
        return bar;
    }
}

注意此处的挥发性修饰语。:)这很重要,因为如果没有它,JMM(Java内存模型)就不能保证其他线程看到其值的更改。同步不会处理这一点——它只序列化对该代码块的访问。

@Bno的回答详细介绍了Bill Pugh(FindBugs)推荐的方法,并且可以更好地进行论证。去阅读并投票支持他的答案。


使用枚举:

public enum Foo {
    INSTANCE;
}

乔舒亚·布洛赫(Joshua Bloch)在Google I/O 2008的“有效Java重载”演讲中解释了这种方法:视频链接。另请参见其演示文稿的幻灯片30-32(effecte_java_reloaded.pdf):

实现可串行化Singleton的正确方法公共枚举Elvis{实例;private final String[]收藏夹歌曲={“猎犬”,“心碎酒店”};public void printFavorites(){System.out.println(Arrays.toString(收藏夹歌曲));}}

编辑:“有效Java”的在线部分说:

“这种方法在功能上等同于公共字段方法,只是它更加简洁,免费提供了序列化机制,并且即使在复杂的序列化或反射攻击的情况下也能提供针对多个实例化的铁腕保证。虽然这种方法尚未被广泛采用,但单个元素枚举类型是实现一个公共字段的最佳方式。”英格顿。"


我对一些答案感到困惑,这些答案建议依赖注入(DI)作为使用单态的替代方案;这些都是不相关的概念。您可以使用DI注入单例或非单例(例如,每个线程)实例。至少如果您使用Spring2.x,这是正确的,我不能为其他DI框架说话。

所以我对OP的回答是(除了最简单的示例代码之外):

使用类似Spring framework的DI框架,然后将其作为DI配置的一部分,无论依赖项是单体的、请求范围的、会话范围的还是其他。

这种方法为您提供了一个很好的解耦(因此是灵活和可测试的)架构,其中是否使用单例是一个容易可逆的实现细节(当然,前提是您使用的任何单例都是线程安全的)。


Stu Thompson发布的解决方案在Java 5.0及更高版本中有效。但我宁愿不使用它,因为我认为它容易出错。

人们很容易忘记不稳定的说法,也很难理解为什么有必要这样做。如果没有易失性,由于双重检查锁定反模式,该代码将不再是线程安全的。有关这一点的更多信息,请参阅《Java并发实践》第16.2.4段。简而言之:此模式(在Java5.0之前或没有volatile语句)可能返回对Bar对象的引用,该对象(仍然)处于错误状态。

这种模式是为性能优化而发明的。但这真的不再是一个真正的问题了。下面的惰性初始化代码很快,更重要的是,更容易阅读。

class Bar {
    private static class BarHolder {
        public static Bar bar = new Bar();
    }

    public static Bar getBar() {
        return BarHolder.bar;
    }
}

根据用法,有几个“正确”答案。

自Java5以来,最好的方法是使用枚举:

public enum Foo {
   INSTANCE;
}

在Java 5之前,最简单的情况是:

public final class Foo {

    private static final Foo INSTANCE = new Foo();

    private Foo() {
        if (INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("Already instantiated");
        }
    }

    public static Foo getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
        throw new CloneNotSupportedException("Cannot clone instance of this class");
    }
}

让我们复习一下代码。首先,你希望这门课是期末考试。在本例中,我使用了final关键字来让用户知道它是final。然后,需要将构造函数设为私有,以防止用户创建自己的Foo。从构造函数中抛出异常会阻止用户使用反射来创建第二个Foo。然后创建一个私有的静态final Foo字段来保存唯一的实例,并创建一个公共的静态Foo-getInstance()方法来返回它。Java规范确保只有在首次使用类时才调用构造函数。

当您有一个非常大的对象或大量的构造代码,并且还有其他可访问的静态方法或字段,这些方法或字段可能在需要实例之前使用,那么只有在需要时才需要使用惰性初始化。

您可以使用私有静态类来加载实例。代码将如下所示:

public final class Foo {

    private static class FooLoader {
        private static final Foo INSTANCE = new Foo();
    }

    private Foo() {
        if (FooLoader.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("Already instantiated");
        }
    }

    public static Foo getInstance() {
        return FooLoader.INSTANCE;
    }
}

由于行private static final Foo INSTANCE=new Foo();仅在实际使用FooLoader类时执行,这会处理延迟实例化,并保证线程安全。

当您还希望能够序列化对象时,需要确保反序列化不会创建副本。

public final class Foo implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static class FooLoader {
        private static final Foo INSTANCE = new Foo();
    }

    private Foo() {
        if (FooLoader.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("Already instantiated");
        }
    }

    public static Foo getInstance() {
        return FooLoader.INSTANCE;
    }

    @SuppressWarnings("unused")
    private Foo readResolve() {
        return FooLoader.INSTANCE;
    }
}

方法readResolve()将确保返回唯一的实例,即使对象是在程序的上一次运行中序列化的。


有时简单的“static Foo=new Foo();”是不够的。想想你想做的一些基本数据插入。

另一方面,您必须同步任何实例化单例变量的方法。同步本身并不坏,但它可能会导致性能问题或锁定(在非常罕见的情况下,使用本示例。解决方案是

public class Singleton {

    private static Singleton instance = null;

    static {
          instance = new Singleton();
          // do some of your instantiation stuff here
    }

    private Singleton() {
          if(instance!=null) {
                  throw new ErrorYouWant("Singleton double-instantiation, should never happen!");
          }
    }

    public static getSingleton() {
          return instance;
    }

}

现在会发生什么?类通过类加载器加载。在从字节数组解释类之后,VM立即执行静态{}-块。这就是全部秘密:静态块只被调用一次,即这个单类加载器加载给定包的给定类(名称)的时间。


我使用Spring框架来管理我的单件。

它并没有强制实现类的“单例性”(如果涉及多个类加载器,则无论如何都无法做到这一点),但它提供了一种非常简单的方法来构建和配置不同的工厂以创建不同类型的对象。


如果需要惰性地加载类的实例变量,则需要双重检查习惯用法。如果需要惰性地加载静态变量或单例,则需要按需初始化持有者习惯用法。

此外,如果单例需要可序列化,则所有其他字段都需要是暂时的,并且需要实现readResolve()方法以保持单例对象不变。否则,每次反序列化对象时,都会创建对象的新实例。readResolve()所做的是用readObject()替换读取的新对象,因为没有变量引用该对象,所以强制对该新对象进行垃圾回收。

public static final INSTANCE == ....
private Object readResolve() {
  return INSTANCE; // Original singleton instance.
} 

我可以说是枚举单例。

在Java中使用枚举通常是声明枚举单例的一种方法。枚举单例可以包含实例变量和实例方法。为了简单起见,还要注意,如果您正在使用任何实例方法,那么如果该方法影响对象的状态,则需要确保该方法的线程安全。

枚举的使用非常容易实现,并且在可序列化对象方面没有缺点,必须通过其他方式规避这些缺点。

/**
* Singleton pattern example using a Java Enum
*/
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void execute (String arg) {
        // Perform operation here
    }
}

您可以通过Singleton.INSTANCE访问它,它比在Singleton上调用getInstance()方法简单得多。

1.12枚举常量的序列化枚举常量的序列化方式不同于普通的可序列化或可外部化对象。枚举常量的序列化形式仅由其名称组成;表单中不存在常量的字段值。若要序列化枚举常量,ObjectOutputStream将写入枚举常量的name方法返回的值。要反序列化枚举常量,ObjectInputStream从流中读取常量名称;然后通过调用java.lang.Enum.valueOf方法获得反序列化的常量,并将常量的枚举类型与接收到的常量名称作为参数一起传递。与其他可序列化或可外部化对象一样,枚举常量可以用作后续在序列化流中出现的反向引用的目标。无法自定义枚举常量的序列化过程:在序列化和反序列化期间,将忽略枚举类型定义的任何类特定的writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve方法。类似地,任何serialPersistentFields或serialVersionUID字段声明也会被忽略——所有枚举类型都具有固定的serialVersionID 0L。记录枚举类型的可序列化字段和数据是不必要的,因为发送的数据类型没有变化。引自Oracle文档

传统singleton的另一个问题是,一旦实现了Serializable接口,它们就不再是单一的,因为readObject()方法总是返回一个新的实例,就像Java中的构造函数一样。这可以通过使用readResolve()并丢弃新创建的实例来避免,方法是将其替换为单例,如下所示:

 // readResolve to prevent another instance of Singleton
 private Object readResolve(){
     return INSTANCE;
 }

如果您的单例类保持状态,这可能会变得更加复杂,因为您需要使它们成为瞬态的,但是在枚举单例中,JVM保证了序列化。


好的阅读

Singleton模式枚举、Singleton和反序列化双重检查锁定和Singleton模式


以下是三种不同的方法

枚举/***使用Java Enum的Singleton模式示例*/公共枚举EasySingleton{实例;}双重检查锁定/延迟加载/***带有双重检查锁定的单线模式示例*/公共类DoubleCheckedLockingSingleton{私有静态易失性DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;private DoubleCheckedLockingSingleton(){}公共静态DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){如果(INSTANCE==null){synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){//双重检查Singleton实例如果(INSTANCE==null){INSTANCE=新的DoubleCheckedLockingSingleton();}}}返回INSTANCE;}}静态工厂方法/***带有静态工厂方法的Singleton模式示例*/公开课Singleton{//在类加载期间初始化private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();//防止创建另一个“Singleton”实例私有Singleton(){}公共静态Singleton getSingleton(){返回INSTANCE;}}


免责声明:我刚刚总结了所有很棒的答案,并用自己的话写了出来。


在实施Singleton时,我们有两种选择:

延迟加载早期加载

延迟加载增加了位开销(老实说,很多),所以只有当您有非常大的对象或大量的构造代码,并且有其他可访问的静态方法或字段(可能在需要实例之前使用)时,才需要使用延迟初始化。否则,选择提前加载是一个不错的选择。

实现单例的最简单方法是:

public class Foo {

    // It will be our sole hero
    private static final Foo INSTANCE = new Foo();

    private Foo() {
        if (INSTANCE != null) {
            // SHOUT
            throw new IllegalStateException("Already instantiated");
        }
    }

    public static Foo getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

一切都很好,除了它是一个早期加载的单例。让我们尝试延迟加载的单例

class Foo {

    // Our now_null_but_going_to_be sole hero
    private static Foo INSTANCE = null;

    private Foo() {
        if (INSTANCE != null) {
            // SHOUT
            throw new IllegalStateException("Already instantiated");
        }
    }

    public static Foo getInstance() {
        // Creating only  when required.
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Foo();
        }
        return INSTANCE;
    }
}

到目前为止还不错,但我们的英雄在与多个邪恶线程单独战斗时将无法生存,这些线程需要我们英雄的许多实例。因此,让我们保护它免受邪恶的多线程攻击:

class Foo {

    private static Foo INSTANCE = null;

    // TODO Add private shouting constructor

    public static Foo getInstance() {
        // No more tension of threads
        synchronized (Foo.class) {
            if (INSTANCE == null) {
                INSTANCE = new Foo();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

但这还不足以保护英雄,真的!!!这是我们能/应该做的最好的事情来帮助我们的英雄:

class Foo {

    // Pay attention to volatile
    private static volatile Foo INSTANCE = null;

    // TODO Add private shouting constructor

    public static Foo getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { // Check 1
            synchronized (Foo.class) {
                if (INSTANCE == null) { // Check 2
                    INSTANCE = new Foo();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

这被称为“双重检查锁定习惯用法”。人们很容易忘记不稳定的说法,也很难理解为什么有必要这样做。详细信息:“双重检查锁定失败”声明

现在我们确定了邪恶的线索,但残酷的连载呢?我们必须确保即使在反序列化时也不会创建新对象:

class Foo implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static volatile Foo INSTANCE = null;

    // The rest of the things are same as above

    // No more fear of serialization
    @SuppressWarnings("unused")
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE;
    }
}

方法readResolve()将确保返回唯一的实例,即使对象在我们的程序的上一次运行中被序列化。

最后,我们添加了足够的线程和序列化保护,但我们的代码看起来又大又难看。让我们给我们的英雄一个新形象:

public final class Foo implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    // Wrapped in a inner static class so that loaded only when required
    private static class FooLoader {

        // And no more fear of threads
        private static final Foo INSTANCE = new Foo();
    }

    // TODO add private shouting construcor

    public static Foo getInstance() {
        return FooLoader.INSTANCE;
    }

    // Damn you serialization
    @SuppressWarnings("unused")
    private Foo readResolve() {
        return FooLoader.INSTANCE;
    }
}

是的,这是我们的英雄:)

由于行private static final Foo INSTANCE=new Foo();仅在实际使用FooLoader类时执行,这会处理延迟实例化,并保证线程安全。

我们已经走到了今天。以下是实现我们所做一切的最佳方式:

public enum Foo {
    INSTANCE;
}

内部将被视为

public class Foo {

    // It will be our sole hero
    private static final Foo INSTANCE = new Foo();
}

就是这样!不再担心序列化、线程和丑陋的代码。ENUMS单例也被延迟初始化。

该方法在功能上等同于公共领域方法,除了它更简洁,提供了序列化机制免费提供,并提供多重保险实例化,即使面对复杂的序列化或反射攻击。虽然这种方法尚未被广泛采用,单个元素枚举类型是实现单例的最佳方式。

-《有效的Java》中的约书亚·布洛赫

现在您可能已经意识到为什么ENUMS被认为是实现单例的最佳方式,并感谢您的耐心:)

在我的博客上更新了它。


对于JSE 5.0及以上版本,采用Enum方法。否则,使用静态单例持有者方法(Bill Pugh描述的一种延迟加载方法)。后一种解决方案也是线程安全的,不需要特殊的语言构造(即易失性或同步)。


最简单的单例类:

public class Singleton {
  private static Singleton singleInstance = new Singleton();
  private Singleton() {}
  public static Singleton getSingleInstance() {
    return singleInstance;
  }
}

public class Singleton {

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
        if (INSTANCE != null)
            throw new IllegalStateException(“Already instantiated...”);
        }


    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

}

由于我们在getInstance之前添加了Synchronized关键字,因此在两个线程同时调用getInstance的情况下,我们避免了竞争条件。


我仍然认为在Java1.5之后,enum是可用的最佳单例实现,因为它还确保了即使在多线程环境中,也只创建一个实例。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

你完蛋了!


版本1:

public class MySingleton {
    private static MySingleton instance = null;
    private MySingleton() {}
    public static synchronized MySingleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new MySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

延迟加载,线程安全,阻塞,由于同步,性能低下。

版本2:

public class MySingleton {
    private MySingleton() {}
    private static class MySingletonHolder {
        public final static MySingleton instance = new MySingleton();
    }
    public static MySingleton getInstance() {
        return MySingletonHolder.instance;
    }
}

延迟加载,线程安全,无阻塞,高性能。


看看这篇文章。

Java核心库中的GoF设计模式示例

从最佳答案的“Singleton”部分,

Singleton(可由每次返回相同实例(通常是其本身)的创建方法识别)java.lang.Runtime#获取运行时间()java.awt.Desktop#getDesktop()java.lang.System#getSecurityManager()

您还可以从Java本机类本身学习Singleton的示例。


创建单例对象的各种方法:

根据约书亚·布洛赫的说法,埃努姆将是最好的。也可以使用双重检查锁定。甚至可以使用内部静态类。


枚举单例

实现线程安全的单例的最简单方法是使用Enum:

public enum SingletonEnum {
  INSTANCE;
  public void doSomething(){
    System.out.println("This is a singleton");
  }
}

自从在Java 1.5中引入Enum以来,此代码一直有效

双重检查锁定

如果你想编写一个在多线程环境中工作的“经典”单例(从Java1.5开始),你应该使用这个。

public class Singleton {

  private static volatile Singleton instance = null;

  private Singleton() {
  }

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

这在1.5之前不是线程安全的,因为volatile关键字的实现不同。

早期加载单例(甚至在Java1.5之前就可以使用)

这个实现在加载类时实例化单例,并提供线程安全性。

public class Singleton {

  private static final Singleton instance = new Singleton();

  private Singleton() {
  }

  public static Singleton getInstance() {
    return instance;
  }

  public void doSomething(){
    System.out.println("This is a singleton");
  }

}

这是如何实现一个简单的单例:

public class Singleton {
    // It must be static and final to prevent later modification
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    /** The constructor must be private to prevent external instantiation */
    private Singleton(){}
    /** The public static method allowing to get the instance */
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

这是如何正确地延迟创建单例:

public class Singleton {
    // The constructor must be private to prevent external instantiation
    private Singleton(){}
    /** The public static method allowing to get the instance */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    /**
     * The static inner class responsible for creating your instance only on demand,
     * because the static fields of a class are only initialized when the class
     * is explicitly called and a class initialization is synchronized such that only
     * one thread can perform it, this rule is also applicable to inner static class
     * So here INSTANCE will be created only when SingletonHolder.INSTANCE
     * will be called
     */
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}

另一个经常用来反对单态的论点是它们的可测试性问题。出于测试目的,单体不容易被模拟。如果这是一个问题,我想做以下轻微修改:

public class SingletonImpl {

    private static SingletonImpl instance;

    public static SingletonImpl getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonImpl();
        }
        return instance;
    }

    public static void setInstance(SingletonImpl impl) {
        instance = impl;
    }

    public void a() {
        System.out.println("Default Method");
    }
}

添加的setInstance方法允许在测试期间设置单例类的实体模型实现:

public class SingletonMock extends SingletonImpl {

    @Override
    public void a() {
        System.out.println("Mock Method");
    }

}

这也适用于早期初始化方法:

public class SingletonImpl {

    private static final SingletonImpl instance = new SingletonImpl();

    private static SingletonImpl alt;

    public static void setInstance(SingletonImpl inst) {
        alt = inst;
    }

    public static SingletonImpl getInstance() {
        if (alt != null) {
            return alt;
        }
        return instance;
    }

    public void a() {
        System.out.println("Default Method");
    }
}

public class SingletonMock extends SingletonImpl {

    @Override
    public void a() {
        System.out.println("Mock Method");
    }

}

这有一个缺点,就是将此功能也暴露给普通应用程序。其他编写该代码的开发人员可能会尝试使用“setInstance”方法来更改特定函数,从而改变整个应用程序的行为,因此该方法的javadoc中至少应该包含一个良好的警告。

尽管如此,对于模型测试的可能性(当需要时),这种代码暴露可能是可以接受的代价。


有四种方法可以在Java中创建单例。

Eager初始化单例公共类测试{私有静态最终测试=新测试();专用测试(){}公共静态测试getTest(){回归试验;}}惰性初始化单例(线程安全)公共类测试{私人静态挥发性测试;专用测试(){}公共静态测试getTest(){if(测试==空){同步(Test.class){if(测试==空){test=新测试();}}}回归试验;}}Bill Pugh单例与持有者模式(最好是最好的一个)公共类测试{专用测试(){}私有静态类TestHolder{私有静态最终测试=新测试();}公共静态测试getInstance(){return TestHolder.test;}}枚举单例公共枚举MySingleton{实例;私有MySingleton(){System.out.println(“此处”);}}


实现单例有很多细微差别。夹持器图案不能在许多情况下使用。在使用volatile时,也应该使用局部变量。让我们从头开始,反复讨论这个问题。你会明白我的意思的。


第一次尝试可能看起来像这样:

public class MySingleton {

     private static MySingleton INSTANCE;

     public static MySingleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new MySingleton();
        }
        return INSTANCE;
    }
    ...
}

这里我们有一个MySingleton类,它有一个名为INSTANCE的私有静态成员和名为getInstance()的公共静态方法。第一次调用getInstance()时,INSTANCE成员为空。然后,流将进入创建条件,并创建MySingleton类的新实例。对getInstance()的后续调用将发现INSTANCE变量已设置,因此不会创建另一个MySingleton实例。这确保只有一个MySingleton实例在getInstance()的所有调用方之间共享。

但这种实现有一个问题。多线程应用程序在创建单个实例时具有竞争条件。如果多个执行线程同时(或前后)命中getInstance()方法,它们将分别将INSTANCE成员视为null。这将导致每个线程创建一个新的MySingleton实例,然后设置instance成员。


private static MySingleton INSTANCE;

public static synchronized MySingleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        INSTANCE = new MySingleton();
    }
    return INSTANCE;
}

这里我们在方法签名中使用了synchronized关键字来同步getInstance()方法。这肯定会修复我们的种族状况。线程现在将一次一个地阻塞并进入方法。但这也造成了性能问题。这个实现不仅同步了单个实例的创建;它同步对getInstance()的所有调用,包括读取。读取不需要同步,因为它们只需返回INSTANCE的值。由于读取将构成我们调用的大部分(记住,实例化只发生在第一次调用上),因此通过同步整个方法,我们将导致不必要的性能损失。


private static MySingleton INSTANCE;

public static MySingleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        synchronize(MySingleton.class) {
            INSTANCE = new MySingleton();
        }
    }
    return INSTANCE;
}

在这里,我们将同步从方法签名移到了一个同步块,该块包装MySingleton实例的创建。但这能解决我们的问题吗?嗯,我们不再阻止读取,但我们也后退了一步。多个线程将同时或几乎同时命中getInstance()方法,它们都会将INSTANCE成员视为空。

然后,它们将到达同步块,在那里将获得锁并创建实例。当该线程退出块时,其他线程将争夺锁,每个线程将逐一通过块并创建我们类的新实例。所以我们回到了我们开始的地方。


private static MySingleton INSTANCE;

public static MySingleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        synchronized(MySingleton.class) {
            if (INSTANCE == null) {
                INSTANCE = createInstance();
            }
        }
    }
    return INSTANCE;
}

在这里,我们从区块内部发出另一张支票。如果INSTANCE成员已经设置,我们将跳过初始化。这称为双重检查锁定。

这解决了我们的多重实例化问题。但我们的解决方案再次提出了另一个挑战。其他线程可能无法“看到”INSTANCE成员已更新。这是因为Java如何优化内存操作。

线程将变量的原始值从主内存复制到CPU的缓存中。然后,对值的更改将写入该缓存并从中读取。这是Java的一个旨在优化性能的特性。但这给我们的单例实现带来了一个问题。第二个线程 — 由不同的CPU或内核使用不同的缓存进行处理 — 不会看到第一个所做的更改。这将导致第二个线程将INSTANCE成员视为空,从而强制创建单例的新实例。


private static volatile MySingleton INSTANCE;

public static MySingleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        synchronized(MySingleton.class) {
            if (INSTANCE == null) {
                INSTANCE = createInstance();
            }
        }
    }
    return INSTANCE;
}

我们通过在INSTANCE成员的声明上使用volatile关键字来解决这个问题。这将告诉编译器始终读取和写入主内存,而不是CPU缓存。

但这种简单的改变是有代价的。因为我们绕过了CPU缓存,所以每次对易失性INSTANCE成员进行操作时,我们都会受到性能影响 — 我们做了四次。我们再次检查存在性(1和2),设置值(3),然后返回值(4)。有人可能会说,这条路径是边缘情况,因为我们只在方法的第一次调用期间创建实例。也许创作上的表现是可以容忍的。但即使是我们的主要用例reads,也会对volatile成员进行两次操作。一次检查是否存在,再次返回其值。


private static volatile MySingleton INSTANCE;

public static MySingleton getInstance() {
    MySingleton result = INSTANCE;
    if (result == null) {
        synchronized(MySingleton.class) {
            result = INSTANCE;
            if (result == null) {
                INSTANCE = result = createInstance();
            }
        }
    }
    return result;
}

由于性能受到影响是由于直接对volatile成员进行操作,所以让我们将一个局部变量设置为volatile的值,并改为对局部变量进行操作。这将减少我们在易失性上操作的次数,从而收回一些损失的性能。注意,当我们进入同步块时,必须再次设置本地变量。这确保了它是最新的,以及在我们等待锁时发生的任何更改。

我最近写了一篇关于这个的文章。解构单身汉。您可以在那里找到有关这些示例和“持有者”模式示例的更多信息。还有一个真实的例子展示了双重检查的易失性方法。


我见过的最好的单例模式使用Supplier接口。

它是通用的,可重复使用它支持延迟初始化它只有在初始化之前才同步,然后将阻塞供应商替换为非阻塞供应商。

见下文:

public class Singleton<T> implements Supplier<T> {

    private boolean initialized;
    private Supplier<T> singletonSupplier;

    public Singleton(T singletonValue) {
        this.singletonSupplier = () -> singletonValue;
    }

    public Singleton(Supplier<T> supplier) {
        this.singletonSupplier = () -> {
            // The initial supplier is temporary; it will be replaced after initialization
            synchronized (supplier) {
                if (!initialized) {
                    T singletonValue = supplier.get();
                    // Now that the singleton value has been initialized,
                    // replace the blocking supplier with a non-blocking supplier
                    singletonSupplier = () -> singletonValue;
                    initialized = true;
                }
                return singletonSupplier.get();
            }
        };
    }

    @Override
    public T get() {
        return singletonSupplier.get();
    }
}