如何寫出一個性能優化的單例模式
- 2019 年 10 月 5 日
- 筆記
單例模型是面試當中最常見的一種設計模式，它是一種對象創建模式，用於產生一個對象的具體實例，可以確保系統中一個類只產生一個實例。
簡而言之，單例模式可以帶來兩個好處：
1、對於頻繁使用到的對象，可以節省反覆創建對象花費的時間；
2、減少對象的實例化操作，故而可以降低系統記憶體的使用頻率；
根據以上兩點，可看出使用單例模式能夠有效地改善系統的性能。
最常見的單例模式有餓漢模式與懶漢模式。
1、餓漢模式長這樣的：
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 }
這種單例模式非常簡單，唯一不足的是，無法對instance實例做延遲載入，由於instance成員變數是static定義的，因此JVM在載入單例類時，單例對象就會被建立，如果這個單例類在系統中還包含了其他的靜態方法，每次通過這個單例類去調用其他的靜態方法時，就會載入被static定義的成員變數，也就是載入了private static final Singleton instance=new Singleton()，故而就會創建一個Singleton實例出來，可以通過一個例子來進行說明：
1 public class Singleton{ 2 3 private Singleton(){ 4 5 System.out.println("創建了一個單例！"); 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("調用了這個方法！"); 18 } 19 20 }
列印出這樣的資訊：
由此可見，餓漢模式因為沒有延遲載入機制，存在著對象容易被創建的問題，這將會影響系統在調用相關函數時的反應速度，可以加入延遲載入機制來解決這個問題。
加了延遲機制的單例模式，就成了我們常見的懶漢模式了，但這裡加了同步安全機制：
1 public class SingletonSyn{ 2 3 private SingletonSyn(){ 4 System.out.println("創建了一個執行緒安全的懶漢單例！"); 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 }
這裡需注意的地方是：getInstance()方法必須是同步的，否則在多執行緒環境下，當執行緒1正新建單例時，完成操作賦值時，執行緒2可能判斷instance為null，故執行緒2也將啟動新建單常式序，這樣就會導致多個實例被創建，對性能的影響將會加劇，故加synchronized做同步是必須的。
可謂成也蕭何敗也蕭何，雖然加上了同步關鍵字synchronized 可以解決同步問題，但因在多執行緒的環境下，它的性能消耗將遠遠大於第一種餓漢模式。
基於前面兩種單例模式，可以對它做進一步的改進：
1 public class Singleton{ 2 3 private Singleton(){System.out.println("創建了一個基於內部類的單例模式！");} 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 }
上面的例子使用內部類來維護單例的實例，當Singleton被載入時，其內部類並不會被初始化，故可以確保當Singleton類被載入JVM時，不會初始化單例類，只有當getInstance()被調用時，才會載入內部類SingletonHolder,從而實例化單例類instance。同時，由於實例的建立是在類載入時才完成的，故天生對多執行緒友好，getInstance方法也無需使用同步synchronized,可見，使用內部類方式實現單例，既可以做到延遲載入，也不必使用同步關鍵字，是一種比較完善的實現。
當然，若需更加完善單例模式的設計，還有更優的方式，感興趣的夥伴可以繼續深入進行一個探討。
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