设计模式系列（八）23种设计模式-----单例设计模式

单例模式

所谓的单例模式，就是 采取一定的方法保证整个软件的系统中，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)

例如： Hibernate 中 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目中只需要一个 SessionFactory，这就是单例模式

单例模式有八种

• 饿汉式(静态常量)
• 饿汉式(静态代码块)
• 懒汉式(线程不安全)
• 懒汉式(线程安全，同步方法)
• 懒汉式(线程安全，同步代码块)
• 双重检查
• 静态内部类
• 枚举

饿汉式(静态常量)

步骤：

• 构造器私有化 (防止 new)
• 类的内部创建对象
• 只向外部暴露一个静态的公共方法。 getInstance

1. 代码实现

//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 防止外部new创建实例
	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，主要是提供给外部，让外界引用
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}


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());
	}
}

2. 优缺点

• 优点：写法简单，实际上在类装载的时候就完成了实例化，避免了线程同步问题。
• 缺点：在类装载的时候就完成了实例化，没有实现 Lazy Loading懒加载 的效果。如果在项目中从始至终就没有使用过这个实例，则会造成内存的浪费
• 这种方法基于 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 getInstace 方法，但是导致类装载的原因有多种，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 懒加载 的效果

因此：这种单例模式可用，但是可能会造成内存的浪费。除非开发人员能肯定，此类一定会被用到，那么内存就不会被浪费

饿汉式(静态代码块)

1. 代码

 //饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	//1. 构造器私有化
	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;
	}
}

2. 优缺点

• 这种和上面一种很类似，都是在类内部实例化，只不过将类的实例化放在了静态代码块中。类一加载，就执行了静态代码块中的代码。优缺点和上面一样
• 这种单例模式可用，但是如果不用，可能会造成内存的浪费

懒汉式(线程不安全)

1. 代码

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	// 构造函数私有化
	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;
	}
}

public class SingletonTest03 {
	public static void main(String[] args) {
		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());
	}
}

2. 优缺点

• 起到了 懒加载 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(instance == null) { 判断语句块，还未来得及往下执行，另外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。
• 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)

1. 代码

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	// 构造方法私有
	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;
	}
}

注：加入关键字保证线程安全问题 synchronized

2. 优缺点

• 虽然加入保证线程安全的关键字，解决线程安全问题(其实实际上并不一定线程安全)
• 效率低下，每个线程在想获得实例的时候，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。后续想要获得实例，直接return 就行。方法同步的效率太低
• 在实际开发中，不推荐这种方式

懒汉式(线程安全，同步代码块)

不推荐使用

双重检查

1. 代码

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	// 构造方法私有化
	private Singleton(){}
	
	// 提供可以被外部引用的静态方法，使用双重检查机制 double check
	public static synchronized Singleton getInstance(){
		if (instance == null){
			synchronized(Singleton.class){
				if(instance == null){
					instance = new Singleton();	
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

2. 优缺点

• 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，后面在进行访问的时候，判断 if(singleton== null)，直接 return 实例化对象，也避免了反复进行方法同步。
• 最重要的是 线程安全，延迟加载，效率高
• 在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

1. 代码

// 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;
	}
}

2. 优缺点

• 这种方式采用了类装载的机制保证了初始化实例时只有一个线程
• 静态内部类的方式在 singleton 类被装载时并不会被立即实例化，而是在需要的实例化的时候，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，在类进行初始化的时，别的线程是无法j进入的
• 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现y延迟加载，效率高
• 推荐上实际开发中使用

枚举

1. 代码

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

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();
	}
}

2. 优缺点
   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，推荐使用。

单例模式在JDK源码中的使用

JDK中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)