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单例模式（2）
定义：确保一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

类型：创建类模式

类图：

类图知识点：

1.类图分为三部分，依次是类名、属性、方法

2.以<<开头和以>>结尾的为注释信息

3.修饰符+代表public，-代表private，#代表protected，什么都没有代表包可见。

4.带下划线的属性或方法代表是静态的。

5.对类图中对象的关系不熟悉的朋友可以参考文章：设计模式中类的关系。

单例模式应该是23种设计模式中最简单的一种模式了。它有以下几个要素：

  • 私有的构造方法
  • 指向自己实例的私有静态引用
  • 以自己实例为返回值的静态的公有的方法

        单例模式根据实例化对象时机的不同分为两种：一种是饿汉式单例，一种是懒汉式单例。饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用；而懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。代码如下：

饿汉式单例

  1. public class Singleton {  
  2.     private static Singleton singleton = new Singleton();  
  3.     private Singleton(){}  
  4.     public static Singleton getInstance(){  
  5.         return singleton;  
  6.     }  
  7. }  

懒汉式单例

  1. public class Singleton {  
  2.     private static Singleton singleton;  
  3.     private Singleton(){}  
  4.       
  5.     public static synchronized Singleton getInstance(){  
  6.         if(singleton==null){  
  7.             singleton = new Singleton();  
  8.         }  
  9.         return singleton;  
  10.     }  
  11. }  

单例模式的优点：

  • 在内存中只有一个对象，节省内存空间。
  • 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。
  • 避免对共享资源的多重占用。
  • 可以全局访问。

适用场景：由于单例模式的以上优点，所以是编程中用的比较多的一种设计模式。我总结了一下我所知道的适合使用单例模式的场景：

  • 需要频繁实例化然后销毁的对象。
  • 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
  • 有状态的工具类对象。
  • 频繁访问数据库或文件的对象。
  • 以及其他我没用过的所有要求只有一个对象的场景。

单例模式注意事项：

  • 只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。
  • 不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
  • 多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

关于java中单例模式的一些争议：

单例模式的对象长时间不用会被jvm垃圾收集器收集吗

        看到不少资料中说：如果一个单例对象在内存中长久不用，会被jvm认为是一个垃圾，在执行垃圾收集的时候会被清理掉。对此这个说法，笔者持怀疑态度，笔者本人的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。

对于这个争议，笔者单独写了一篇文章进行讨论，如果您有不同的观点或者有过这方面的经历请进入文章单例模式讨论篇：单例模式与垃圾收集参与讨论。

 

在一个jvm中会出现多个单例吗

        在分布式系统、多个类加载器、以及序列化的的情况下，会产生多个单例，这一点是无庸置疑的。那么在同一个jvm中，会不会产生单例呢？使用单例提供的getInstance()方法只能得到同一个单例，除非是使用反射方式，将会得到新的单例。代码如下

  1. Class c = Class.forName(Singleton.class.getName());  
  2. Constructor ct = c.getDeclaredConstructor();  
  3. ct.setAccessible(true);  
  4. Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();  

这样，每次运行都会产生新的单例对象。所以运用单例模式时，一定注意不要使用反射产生新的单例对象。

 

懒汉式单例线程安全吗

        主要是网上的一些说法，懒汉式的单例模式是线程不安全的，即使是在实例化对象的方法上加synchronized关键字，也依然是危险的，但是笔者经过编码测试，发现加synchronized关键字修饰后，虽然对性能有部分影响，但是却是线程安全的，并不会产生实例化多个对象的情况。

 

单例模式只有饿汉式和懒汉式两种吗

        饿汉式单例和懒汉式单例只是两种比较主流和常用的单例模式方法，从理论上讲，任何可以实现一个类只有一个实例的设计模式，都可以称为单例模式。

 

单例类可以被继承吗

        饿汉式单例和懒汉式单例由于构造方法是private的，所以他们都是不可继承的，但是其他很多单例模式是可以继承的，例如登记式单例。

 

饿汉式单例好还是懒汉式单例好

        在java中，饿汉式单例要优于懒汉式单例。C++中则一般使用懒汉式单例。

单例模式比较简单，在此就不举例代码演示了。

单例模式与垃圾回收

       Jvm的垃圾回收机制到底会不会回收掉长时间不用的单例模式对象，这的确是一个比较有争议性的问题。将这一部分内容单独成篇的目的也是为了与广大博友广泛的讨论一下这个问题。为了能让更多的人看到这篇文章，请各位博友看完文章之后，点一下“顶”，让本篇文章排名尽量的靠前。笔者在此谢过。


讨论命题：当一个单例的对象长久不用时，会不会被jvm的垃圾收集机制回收。

        首先说一下为什么会产生这一疑问，笔者本人再此之前从来没有考虑过垃圾回收对单例模式的影响，直到去年读了一本书，《设计模式之禅》秦小波著。在书中提到在j2ee应用中，jvm垃圾回收机制会把长久不用的单例类对象当作垃圾，并在cpu空闲的时候对其进行回收。之前读过的几本设计模式的书，包括《java与模式》，书中都没有提到jvm垃圾回收机制对单例的影响。并且在工作过程中，也没有过单例对象被回收的经历，加上工作中很多前辈曾经告诫过笔者：尽量不要声明太多的静态属性，因为这些静态属性被加载后不会被释放。因此对jvm垃圾收集会回收单例对象这一说法持怀疑态度。渐渐地，发现在同事中和网上的技术人员中，对这一问题也基本上是鲜明的对立两派。那么到底jvm会不会回收长久不用的单例对象呢。

        对这一问题，笔者本人的观点是：不会回收。

下面给出本人的测试代码

  1. class Singleton {  
  2.     private byte[] a = new byte[6*1024*1024];  
  3.     private static Singleton singleton = new Singleton();  
  4.     private Singleton(){}  
  5.       
  6.     public static Singleton getInstance(){  
  7.         return singleton;  
  8.     }  
  9. }  
  10.   
  11. class Obj {  
  12.     private byte[] a = new byte[3*1024*1024];  
  13. }  
  14.   
  15. public class Client{  
  16.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  17.         Singleton.getInstance();  
  18.         while(true){  
  19.             new Obj();  
  20.         }  
  21.     }  
  22. }  

        本段程序的目的是模拟j2ee容器，首先实例化单例类，这个单例类占6M内存，然后程序进入死循环，不断的创建对象，逼迫jvm进行垃圾回收，然后观察垃圾收集信息，如果进行垃圾收集后，内存仍然大于6M，则说明垃圾回收不会回收单例对象。

        运行本程序使用的虚拟机是hotspot虚拟机，也就是我们使用的最多的java官方提供的虚拟机，俗称jdk，版本是jdk1.6.0_12

        运行时vm arguments参数为：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm进行垃圾回收时显示内存信息，jvm的内存设为固定20M。

运行结果：

……

[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0101066 secs]

[GC 18567K->18566K(20352K), 0.0001978 secs]

[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0088229 secs]

……

        从运行结果中可以看到总有6M空间没有被收集。因此，笔者认为，至少在hotspot虚拟机中，垃圾回收是不会回收单例对象的。

        后来查阅了一些相关的资料，hotspot虚拟机的垃圾收集算法使用根搜索算法。这个算法的基本思路是：对任何“活”的对象，一定能最终追溯到其存活在堆栈或静态存储区之中的引用。通过一系列名为根（GC Roots）的引用作为起点，从这些根开始搜索，经过一系列的路径，如果可以到达java堆中的对象，那么这个对象就是“活”的，是不可回收的。可以作为根的对象有：

  • 虚拟机栈（栈桢中的本地变量表）中的引用的对象。
  • 方法区中的类静态属性引用的对象。
  • 方法区中的常量引用的对象。
  • 本地方法栈中JNI的引用的对象。

        方法区是jvm的一块内存区域，用来存放类相关的信息。很明显，java中单例模式创建的对象被自己类中的静态属性所引用，符合第二条，因此，单例对象不会被jvm垃圾收集。

        虽然jvm堆中的单例对象不会被垃圾收集，但是单例类本身如果长时间不用会不会被收集呢？因为jvm对方法区也是有垃圾收集机制的。如果单例类被收集，那么堆中的对象就会失去到根的路径，必然会被垃圾收集掉。对此，笔者查阅了hotspot虚拟机对方法区的垃圾收集方法，jvm卸载类的判定条件如下：

  • 该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
  • 加载该类的ClassLoader已经被回收。
  • 该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

        只有三个条件都满足，jvm才会在垃圾收集的时候卸载类。显然，单例的类不满足条件一，因此单例类也不会被卸载。也就是说，只要单例类中的静态引用指向jvm堆中的单例对象，那么单例类和单例对象都不会被垃圾收集，依据根搜索算法，对象是否会被垃圾收集与未被使用时间长短无关，仅仅在于这个对象是不是“活”的。假如一个对象长久未使用而被回收，那么收集算法应该是最近最长未使用算法，最近最长未使用算法一般用在操作系统的内外存交换中，如果用在虚拟机垃圾回收中，岂不是太不安全了？以上是笔者的观点。

        因此笔者的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。

posted on 2015-07-20 22:30 wxb1988 阅读(207) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: Design pattern

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