Java单例模式分析

2024-04-02 19:04:59 411人浏览八月长安

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摘要

目录单例模式为什么要用单例单例的关键点几种写法懒汉式饿汉式静态内部类写法枚举单例容器实现单例参考总结单例模式为什么要用单例确保某个类只有一个对象，常用于访问数据库操作，服务的配置

单例模式

为什么要用单例

确保某个类只有一个对象，常用于访问数据库操作，服务的配置文件等。

单例的关键点

1、默认构造函数为private，复制构造函数和复制赋值函数也要private或=delete禁用。（做到无法被外部其他对象构造）

2、通过一个静态方法或枚举返回单例类对象。

3、确保多线程的环境下，单例类对象只有一个。

几种写法

本文主要介绍c++的懒汉式和饿汉式写法。

懒汉式

需要生成唯一对象时（调用GetInstance时），才生成

线程不安全的错误写法


class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 释放单例避免内存泄露
    static void deleteInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private，被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

// 初始化为NULL，与后面形成对比
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    // 多线程情况下，一个线程通过if检查但是还未new出单例时，另一个线程也通过了if检查，导致new出多个对象
    if (m_SingleInstance == NULL)
    {
        m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
    }
    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

线程安全的双检锁写法


class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 释放单例避免内存泄露
    static void deleteInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private，被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
    static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

// 初始化为NULL，与后面形成对比
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    // 如果直接在外面锁，功能也ok，但每次运行到这个地方便需要加一次锁，非常浪费资源
    // 在里面加锁，初始化时存在加锁的情况，初始化之后，外层if都为false，直接返回，避免加锁
    if (m_SingleInstance == NULL) 
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(m_Mutex); // Lock up
        if (m_SingleInstance == NULL)
        {
            m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
        }
    }
    return m_SingleInstance;
}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
    if (m_SingleInstance)
    {
        delete m_SingleInstance;
        m_SingleInstance = NULL;
    }
}

线程安全的局部静态变量写法

饿汉式

进程运行前（main函数执行），就创建

线程安全的进程运行前初始化写法


class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private，被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
private:
	static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{
    return m_SingleInstance;
}

// 全局变量、文件域的静态变量和类的静态成员变量在main执行之前的静态初始化过程中分配内存并初始化
Singleton* Singleton::g_pSingleton = new (std::nothrow) Singleton;
int main()
{
	return 0;
}

线程安全的类静态成员变量写法


class SingleInstance
{
public:
    // 静态方法获取单例
    static SingleInstance *GetInstance();
    // 全局变量、文件域的静态变量和类的静态成员变量在main执行之前的静态初始化过程中分配内存并初始化。
    static SingleInstance m_SingleInstance;
private:
    SingleInstance() {}
    ~SingleInstance() {}
    // 复制构造函数和复制赋值函数设置为private，被禁用
    SingleInstance(const SingleInstance &signal);
    const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);
};

SingleInstance& SingleInstance::GetInstance()
{
    return m_SingleInstance;
}

静态内部类写法

JAVA



public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

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

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

第一次加载Singleton类时不会初始化instance，只有在第一次调用getInstance()方法时，虚拟机会加载SingletonHolder类，初始化instance。
这种方式既保证线程安全，单例对象的唯一，也延迟了单例的初始化，推荐使用这种方式来实现单例模式。

枚举单例

JAVA



public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        System.out.println("do something");
    }
}

默认枚举实例的创建是线程安全的，即使反序列化也不会生成新的实例，任何情况下都是一个单例。
优点：简单！

容器实现单例

JAVA


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class SingletonManager {
    private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();

    public static void regsiterService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

SingletonManager可以管理多个单例类型，使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式可以通过统一的接口获取操作，隐藏了具体实现，降低了耦合度。