单例模式
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介绍
所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
比如代表JVM运行环境的Runtime类
要点
单：唯一
例：实例
一是某个类只能有一个实例；
- 构造器私有化
二是它必须自行创建这个实例；
- 含有一个该类的静态变量来保存这个唯一的实例
三是它必须自行向整个系统提供这个实例;
-
对外提供获取该实例对象的方式：
（1）直接暴露（2）用静态变量的get方法获取
单例设计模式的八种方式
单例模式有八种方式：
1) 饿汉式(静态常量)
2) 饿汉式（静态代码块）
3) 懒汉式(线程不安全)
4) 懒汉式(线程安全，同步方法)
5) 懒汉式(线程安全，同步代码块)
6) 双重检查
7) 静态内部类
8) 枚举
饿汉式(静态常量)
步骤如下：
- 构造器私有化 (防止 new )
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
代码实现
public class SingletonTest01 {
public static void main(String[] args) {
//测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
//1. 构造器私有化, 外部能new
private Singleton() {
}
//2.本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
优缺点说明：
- 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Lazy Loading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
- 这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， 但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果
- 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费
饿汉式(静态变量)
代码实现
public class SingletonTest02 {
public static void main(String[] args) {
//测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
//1. 构造器私有化, 外部能new
private Singleton() {
}
//2.本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;
static { // 在静态代码块中，创建单例对象
instance = new Singleton();
}
//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
优缺点说明：
- 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。
- 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费
懒汉式(线程不安全)
代码实现
public class SingletonTest03 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("懒汉式1 ， 线程不安全~");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
//即懒汉式
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
优缺点说明：
- 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
- 结论：在实际开发中，不要使用这种方式.
懒汉式(线程安全，同步方法)
代码实现
public class SingletonTest04 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("懒汉式2 ， 线程安全~");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
//即懒汉式
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
优缺点说明：
- 解决了线程不安全问题
- 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低
- 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
懒汉式(线程安全，同步代码块)
代码实现
public class SingletonTest04 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("懒汉式3 ， 线程安全~");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
// 懒汉式(线程安全，同步代码块)
class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
//提供一个静态的同步代码块，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
//即懒汉式
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized(Singleton.class){
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
优缺点说明：
- 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块
- 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (instance == 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
- 结论：在实际开发中，不能使用这种方式
双重检查
代码实现
public class SingletonTest06 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("双重检查");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {
}
//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
//同时保证了效率, 推荐使用
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
优缺点说明：
- Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两
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，也避免的反复进行方法同步. - 线程安全；延迟加载；效率较高
- 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
静态内部类
代码实现
public class SingletonTest07 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}
}
// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
//构造器私有化
private Singleton() {
}
//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
public static synchronized Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
优缺点说明：
- 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
- 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的
实例化。 - 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
- 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
- 结论：推荐使用.
枚举
代码实现
public class SingletonTest08 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
System.out.println(instance == instance2);
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance2.hashCode());
instance.sayOK();
}
}
//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
INSTANCE; //属性
public void sayOK() {
System.out.println("ok~");
}
}
优缺点说明：
- 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
- 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
- 结论：推荐使用
单例模式注意事项和细节说明
- 单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
- 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
- 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)
