如何写出一个性能优化的单例模式
- 2019 年 10 月 5 日
- 筆記
单例模型是面试当中最常见的一种设计模式，它是一种对象创建模式，用于产生一个对象的具体实例，可以确保系统中一个类只产生一个实例。
简而言之，单例模式可以带来两个好处：
1、对于频繁使用到的对象，可以节省反复创建对象花费的时间；
2、减少对象的实例化操作，故而可以降低系统内存的使用频率；
根据以上两点，可看出使用单例模式能够有效地改善系统的性能。
最常见的单例模式有饿汉模式与懒汉模式。
1、饿汉模式长这样的：
1 public class Singleton{ 2 3 private Singleton(){} 4 5 private static final Singleton instance=new Singleton(); 6 7 public static Singleton getInstance(){ 8 9 return instance; 10 } 11 }
这种单例模式非常简单，唯一不足的是，无法对instance实例做延迟加载，由于instance成员变量是static定义的，因此JVM在加载单例类时，单例对象就会被建立，如果这个单例类在系统中还包含了其他的静态方法，每次通过这个单例类去调用其他的静态方法时，就会加载被static定义的成员变量，也就是加载了private static final Singleton instance=new Singleton()，故而就会创建一个Singleton实例出来，可以通过一个例子来进行说明：
1 public class Singleton{ 2 3 private Singleton(){ 4 5 System.out.println("创建了一个单例！"); 6 } 7 8 private static final Singleton instance=new Singleton(); 9 10 public static Singleton getInstance(){ 11 12 return instance; 13 } 14 15 public static void Test(){ 16 17 System.out.println("调用了这个方法！"); 18 } 19 20 }
打印出这样的信息：
由此可见，饿汉模式因为没有延迟加载机制，存在着对象容易被创建的问题，这将会影响系统在调用相关函数时的反应速度，可以加入延迟加载机制来解决这个问题。
加了延迟机制的单例模式，就成了我们常见的懒汉模式了，但这里加了同步安全机制：
1 public class SingletonSyn{ 2 3 private SingletonSyn(){ 4 System.out.println("创建了一个线程安全的懒汉单例！"); 5 } 6 7 private static SingletonSyn instance=null; 8 9 public static synchronized SingletonSyn getInstance() { 10 if (instance == null) 11 instance = new SingletonSyn(); 12 return instance; 13 14 } 15 }
这里需注意的地方是：getInstance()方法必须是同步的，否则在多线程环境下，当线程1正新建单例时，完成操作赋值时，线程2可能判断instance为null，故线程2也将启动新建单例程序，这样就会导致多个实例被创建，对性能的影响将会加剧，故加synchronized做同步是必须的。
可谓成也萧何败也萧何，虽然加上了同步关键字synchronized 可以解决同步问题，但因在多线程的环境下，它的性能消耗将远远大于第一种饿汉模式。
基于前面两种单例模式，可以对它做进一步的改进：
1 public class Singleton{ 2 3 private Singleton(){System.out.println("创建了一个基于内部类的单例模式！");} 4 5 private static class SingletonHolder{ 6 private static Singelton instance=new Singleton(); 7 8 } 9 10 public static Singleton getInstance(){ 11 12 return SingletonHolder.instance; 13 14 } 15 }
上面的例子使用内部类来维护单例的实例，当Singleton被加载时，其内部类并不会被初始化，故可以确保当Singleton类被载入JVM时，不会初始化单例类，只有当getInstance()被调用时，才会加载内部类SingletonHolder,从而实例化单例类instance。同时，由于实例的建立是在类加载时才完成的，故天生对多线程友好，getInstance方法也无需使用同步synchronized,可见，使用内部类方式实现单例，既可以做到延迟加载，也不必使用同步关键字，是一种比较完善的实现。
当然，若需更加完善单例模式的设计，还有更优的方式，感兴趣的伙伴可以继续深入进行一个探讨。
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