彻底理解单例模式
一、单例(Singleton)模式
单例模式的要点有三个:一是某个类只能有一个实例,二是它必需自行创建这个实例,三是它必须向整个系统自行提供这个实例.
二、典型单例类
下面是一个它的实现:
/* * 典型单例类,不能被继承 */public class Singleton { /* * Singleton 类自己将自己实例化 * 此该类被加载时,静态变量 instance 会通过调用私有构造函数被实例化 */ private static final Singleton instance = new Singleton(); /* * 私有构造函数防止此类被外界调用而产生多个实例 * 由于构造函数私有的类,所以不能被继承 */ private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; }}
三、延迟单例类:
与典型单例类不同的是,延迟单例类只有在第一次引用时才被实例化.
/* * 延迟单例类,不能被继承 */public class Singleton { /* * Singleton 类自己将自己实例化 * 此该类被加载时,静态变量 instance 会通过调用私有构造函数被实例化 */ private static Singleton instance = null; /* * 私有构造函数防止此类被外界调用而产生多个实例 */ private Singleton() {} /* * synchronized 同步化以处理多线程环境 */ public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; }}
四、容器单例类
容器单例类是针对上面两种单例类不能被继承的特点而设计的.下面是它的一个实现:
import java.util.HashMap;public class Singleton {// 容器用来存放对应关系 private static HashMap sinRegistry = new HashMap(); private static Singleton s = new Singleton(); // 受保护的构造函数 protected Singleton() {} public static Singleton getInstance(String name) { if(name == null) name = "Singleton"; if(sinRegistry.get(name) == null) { try { sinRegistry.put(name , Class.forName(name).newInstance()); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } } return (Singleton)(sinRegistry.get(name)); }}public class SingletonChild1 extends Singleton { public SingletonChild1() {} public static SingletonChild1 getInstance() { return (SingletonChild1) Singleton.getInstance("SingletonChild1"); }}
五、各个单例类的比较:
单从资源利用角度来讲, 典型单例类较好; 从速度和反映时间来说延迟单例类较好.但是, 延迟单例类在实例化时, 必须处理好在多线程同时首次引用此类时的访问限制问题.特别是单例类在资源控制器在实例化时必然涉及资源初始化, 而资源初始化很有可能耗费时间, 这意味着出现多线程同时引用此类的几率变得较大
六、单例模式邪恶论:
看这题目也许有点夸张,不过这对初学者是一个很好的警告。单例模式在 java 中的使用存在很多陷阱和假象,这使得没有意识到单例模式使用局限性的你在系统中布下了隐患……
其实这个问题早在 2001 年的时候就有人在网上系统的提出来过,我在这里只是老生常谈了。但是对于大多的初学者来说,可能这样的观点在还很陌生。下面我就一一列举出单例模式在 java 中存在的陷阱。
多个虚拟机
当系统中的单例类被拷贝运行在多个虚拟机下的时候,在每一个虚拟机下都可以创建一个实例对象。在使用了EJB、JINI、RMI 技术的分布式系统中,由于中间件屏蔽掉了分布式系统在物理上的差异,所以对你来说,想知道具体哪个虚拟机下运行着哪个单例对象是很困难的。
因此,在使用以上分布技术的系统中,应该避免使用存在状态的单例模式,因为一个有状态的单例类,在不同虚拟机上,各个单例对象保存的状态很可能是不一样的,问题也就随之产生。而且在 EJB 中不要使用单例模式来控制访问资源,因为这是由 EJB 容器来负责的。在其它的分布式系统中,当每一个虚拟机中的资源是不同的时候,可以考虑使用单例模式来进行管理。
多个类加载器
当存在多个类加载器加载类的时候,即使它们加载的是相同包名,相同类名甚至每个字节都完全相同的类,也会被区别对待的。因为不同的类加载器会使用不同的命名空间(namespace)来区分同一个类。因此,单例类在多加载器的环境下会产生多个单例对象。也许你认为出现多个类加载器的情况并不是很多。其实多个类加载器存在的情况并不少见。在很多 J2EE 服务器上允许存在多个 servlet 引擎,而每个引擎是采用不同的类加载器的;浏览器中 applet 小程序通过网络加载类的时候,由于安全因素,采用的是特殊的类加载器,等等。这种情况下,由状态的单例模式也会给系统带来隐患。因此除非系统由协调机制,在一般情况下不要使用存在状态的单例模式。
错误的同步处理
在使用上面介绍的延迟单例模式时,同步处理的恰当与否也是至关重要的。不然可能会达不到得到单个对象的效果,还可能引发死锁等错误。因此在使用延迟单例模式时一定要对同步有所了解。不过使用典型单例模式就可以避免这个问题。
子类破坏了对象控制
在上一节介绍最后一种扩展性较好的单例模式实现方式的时候,就提到,由于类构造函数变得不再私有,就有可能失去对对象的控制。这种情况只能通过良好的文档来规范。
串行化(可序列化)
为了使一个单例类变成可串行化的,仅仅在声明中添加“implements Serializable”是不够的。因为一个串行化的对象在每次返串行化的时候,都会创建一个新的对象,而不仅仅是一个对原有对象的引用。为了防止这种情况,可以在单例类中加入 readResolve 方法。关于这个方法的具体情况请参考《Effective Java》一书第 57 条建议。其实对象的串行化并不仅局限于上述方式,还存在基于 XML 格式的对象串行化方式。这种方式也存在上述的问题,所以在使用的时候要格外小心。
正确的做法如下:
public final class Singleton implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private Singleton() {}private static final Singleton instance = new Singleton();public static Singleton getInstance() {return instance;}private Object readResolve() throws ObjectStreamException {return instance;}}
因为 JDK 在反序列化时,会调用私有非静态函数 readResolve(当有这个函数的时候),通过这个函数得到反序列化的对象,所以我们在这个函数中返回了唯一对象 instance,这样我们的单例终于得到保证了。
计数器实例:
import java.io.Serializable;import java.io.ObjectStreamException;public class Singleton implements Serializable { private static final long serialVersionUID = 1L; private static Singleton instance; private Integer counter = new Integer(0); private Singleton() { counter = 0; } public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } public synchronized int getNext() { return ++counter; }/* 反序列保证private Object readResolve() throws ObjectStreamException {return instance;}*/}import java.io.IOException;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;public class Test { public static void main(String [] args) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException{ Singleton singleton = Singleton.getInstance(); // 第一个对象 System.out.println(singleton.getNext()); // 打印 1 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.obj")); oos.writeObject(singleton); // 将该对象写在 object.obj 文件中 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.obj")); Singleton singleton2 = (Singleton)ois.readObject(); // 再读出来 System.out.println(singleton.getNext()); // 打印 2System.out.println(singleton.getNext()); // 打印 3 System.out.println(singleton2.getNext()); // 打印 3 or 2 取决于是否实现了 readResolve() 方法 System.out.println(singleton2 == singleton); // 打印 true or false 取决于是否实现了 readResolve() 方法 }}
在 JDK 中,可以利用 JDK 的 bin 目录下的 serialver.exe 工具产生这个 serialVersionUID,对于 Test.class,执行命令:cmd> serialver Test。 1 楼 haiyang5210 2009-04-30 高手见解就是不一样!