java单例模式以及实现方式

java单例模式以及实现

参考博客：https://blog.csdn.net/qq_41458550/article/details/109243456

一.单例模式的定义：

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

二.单例模式的特点

　1、单例类只能有一个实例。
　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式保证了全局对象的唯一性，比如系统启动读取配置文件就需要单例保证配置的一致性。

三.线程安全问题：

一方面在获取单例的时候，要保证不能产生多个实例对象；另一方面，在使用单例对象的时候，要注意单例对象内的实例变量是会被多线程共享的，推荐使用无状态的对象，不会因为多个线程的交替调度而破坏自身状态导致线程安全问题

四.实现单例模式的方式：

1.饿汉式（静态常量）【可用】

优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

public class SingleTonE {

    //线程安全
    //单例模式，饿汉式
    private static SingleTonE instance = new SingleTonE();//先创建对象
    //私有化构造方法
    private SingleTonE(){}

    public static SingleTonE getInstance(){
        return instance;
    }
}

2.饿汉式（静态代码块）【可用】

这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。

public class SingleTonE {

    //线程安全
    //单例模式，饿汉式
    private static SingleTonE instance;
    //私有化构造方法
    private SingleTonE(){}
    
    static {
        instance = new SingleTonE();
    }

    public static SingleTonE getInstance(){
        return instance;
    }
}

3.懒汉式（线程不安全）【不可用】

这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

public class SingleTonL {

    //线程不安全
    //单例模式，懒汉式
    private static SingleTonL newInstance = null;
    private SingleTonL(){}

    public static SingleTonL getInstance(){
        if(newInstance == null){
            newInstance =  new SingleTonL();
        }
        return newInstance;
    }
}

4.懒汉式（线程安全，同步方法）【不推荐用】

解决上面第三种实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。对整个方法上锁效率很低，因为每次调用方法都要获取锁。

public class SingleTonL {
//线程不安全
//单例模式，懒汉式
private static SingleTonL newInstance = null;
private SingleTonL(){}

public synchronized static SingleTonL getInstance(){
    if(newInstance == null){
        newInstance =  new SingleTonL();
    }
    return newInstance;
	}
}

5.懒汉式（线程安全，同步代码块）【不可用】

上述方法对整个方法加锁，每次调用方法都会获取锁，效率低，所以要修改为对创建的对象的代码加锁，因为创建对象的代码块只要执行一次就够了。

public static SingleTonL getInstance2(){
    if(newInstance == null){
        synchronized (SingleTonL.class){
             newInstance =  new SingleTonL();
        }
    }
    return newInstance;
}

缺点：不能够保证线程安全，当多个线程同时执行了if(newInstance == null)判断之后，可能会进入同步代码块中，导致生成多个对象，从而出现线程安全问题。

6.使用双重验证的方式【推荐】

进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象。

//双重验证锁
public static SingleTonL getInstance2(){
    if(newInstance == null){
        synchronized (SingleTonL.class){
            if(newInstance == null){
                newInstance =  new SingleTonL();
            }
        }
    }
    return newInstance;
}

7.使用静态内部类【推荐】

使用静态内部类的方式来创建实例对象，由于静态内部类只有被调用的时候才会被加载到jvm，所以实现了懒加载，节省空间，在类初始化的时候，别线程无法对其干扰，所以jvm保证了线程的安全性。

//静态内部类
public static SingleTonL getInstance3(){
    if(newInstance == null){
        newInstance =  SingleTonLFactory.getInstance();
    }
    return newInstance;
}

五.单例模式的优缺点

优点：保证了整个系统中只有一个对象，在多线程需要频繁创建、销毁对象的情况下，使用单例模式可以提升系统性能。在一些需要控制对象实例的业务情景下，就可以使用单例模式来实现。单例模式作为通信媒介使用，也就是起到数据共享的作用，它可以在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的两个线程或者进程之间实现通信。

缺点：当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。

六．单例模式的使用场景总结

• 需要频繁创建的，经常使用的对象，使用单例模式可以节省空间提高性能
• 需要数据共享的场景
• 频繁访问数据库的文件或对象