java 单例的五种实现方式及其性能分析
序言
在23种设计模式中，单例是最简单的设计模式，但是也是很常用的设计模式。从单例的五种实现方式中我们可以看到程序员对性能的不懈追求。下面我将分析单例的五种实现方式的优缺点，并对其在多线程环境下的性能进行测试。
实现
单例模式适用于资源占用较多的类，保证一个类只有一个实例即单例。通用的做法就是构造器私有化，提供一个全局的访问点，返回类的实例。
uml图：
1.饿汉式
代码实现：
package com.zgh.gof23.singleton;
/**
* 饿汉式
* @author yuelin
*
*/
public class SingleDemo {
private static SingleDemo instance = new SingleDemo();
//私有化构造器
private SingleDemo() {
//防止其他通过反射调用构造方法，破解单例
if (instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
//对外提供统一的访问点
public static SingleDemo getInstance() {
return instance;
}
}
优点
1.实例的初始化由JVM装载类的时候进行，保证了线程的安全性
2.实现简单方便
3.实例的访问效率高
缺点
1.不能实现懒加载，如果不调用getInstance(),那么这个类就白白的占据内存，资源的利用率不高
注意
1.防止通过反射调用构造方法破解单例模式。
2.防止通过反序列产生新的对象。
2.懒汉式
代码实现：
package com.zgh.gof23.singleton;
/**
* 懒汉式实现单例
*
* @author zhuguohui
*
*/
public class SingleDemo2 {
// 此处并不初始化实例
private static SingleDemo2 instance;
private SingleDemo2() {
if (instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
/**
* 当调用此方法的时候才初始化实例， 为了实现线程安全，需要使用同步方法
*
* @return
*/
public static synchronized SingleDemo2 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingleDemo2();
}
return instance;
}
}
优点
1.只有使用这个类的时候才初始化实例，优化了资源利用率
缺点
1.为了实现线程安全，使用了同步方法获取，增加了访问的开销
注意
1.防止通过反射调用构造方法破解单例模式。
2.防止通过反序列产生新的对象。
3.双重检查
代码实现：
package com.zgh.gof23.singleton;
/**
* 双重检查
*
* @author zhuguohui
*
*/
public class SingleDemo3 {
private static SingleDemo3 instance;
private SingleDemo3() {
if (instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
public static SingleDemo3 getInstance() {
//第一重检查，提高效率
if (instance == null) {
synchronized (SingleDemo3.class) {
//第二重检查保证线程安全
if (instance == null) {
instance = new SingleDemo3();
}
}
}
return instance;
}
}
优点
1.实现懒加载
2.通过缩小同步区域和第一次检查提高访问效率
缺点
1.为了实现线程安全，使用了同步方法获取，增加了访问的开销
注意
1.防止通过反射调用构造方法破解单例模式。
2.防止通过反序列产生新的对象。
4.静态内部类
代码实现：
/**
* 静态内部类实现单例
*
* @author zhuguohui
*
*/
public class SingleDemo4 {
private static SingleDemo4 instance;
private static class SingleDemo4Holder {
private static final SingleDemo4 instance = new SingleDemo4();
}
private SingleDemo4() {
if (instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
/**
* 调用这个方法的时候，JVM才加载静态内部类，才初始化静态内部类的类变量。由于由JVM初始化，保证了线程安全性，
* 同时又实现了懒加载
* @return
*/
public static SingleDemo4 getInstance() {
return SingleDemo4Holder.instance;
}
}
优点
1.即实现了线程安全，又实现了懒加载
缺点
2.实现稍显复杂
5.枚举实现
代码实现：
/**
* 枚举实现单例
* 枚举由JVM实现其的单例性
* @author zhuguohui
*
*/
public enum SingleDemo5 {
INSTANCE;
}
优点
1.实现简单
2.线程安全
3.天热对反射和反序列化漏洞免疫（由JVM提供）
缺点
2.不能实现懒加载
注意
1.防止通过反射调用构造方法破解单例模式。
2.防止通过反序列产生新的对象。
测试
源码
public class APP {
public static void main(String[] args) {
int threadCount = 100;
long start = System.currentTimeMillis();
final CountLock lock = new CountLock(threadCount);
for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
//通过更换此处，来测试不同单例实现方式在多线程环境下的性能
SingleDemo5 demo = SingleDemo5.INSTANCE;
}
lock.finish();
}
}).start();
}
//等待所有线程执行完
lock.waitForWrok();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("总共耗时" + (end - start));
}
}
为了统计所以线程执行完需要的时间，我写了一个工具类
package com.zgh.gof23.singleton;
public class CountLock {
//线程的总数量
private int count;
public CountLock(int count) {
this.count = count;
}
/**
* 当一个线程完成任务以后，调用一次这个方法
*/
public synchronized void finish() {
count--;
if (count == 0) {
notifyAll();
}
}
/**
* 需要等待其他线程执行完的线程，调用此方法。
*/
public synchronized void waitForWrok() {
while (count > 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
结果
五种单例实现方式，在100个线程下，每个线程访问1千万次实例的用时.
| Tables | 实现方式 | 用时(毫秒) |
|---|---|---|
| 1 | 饿汉式 | 13 |
| 2 | 懒汉式 | 10778 |
| 3 | 双重检查 | 15 |
| 4 | 静态内部类 | 14 |
| 5 | 枚举 | 12 |
(*注意:由于不同电脑之间的性能差异，测试的结果可能不同)
总结
如果需要懒加载就使用静态内部类方式，如果不需要就使用枚举方式。
感谢阅读，希望能帮助到大家，谢谢大家对本站的支持！
