单例模式

1. 单例模式介绍

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 Hibernate 的 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，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

单例设计模式八种方式

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

2. 饿汉式（静态常量）

基本步骤:

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, 外部不能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;
	}

}

饿汉式（静态常量）的优缺点说明

优点:

这种方式基于 Classloder 机制避免了多线程的同步问题(一个类只会加载一次,初始化一次)，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() 方法获取单例对象，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，这时候初始化单例对象，就没有达到 lazy loading 的效果
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

结论： 这种单例模式可用，可能造成内存浪费

3. 饿汉式（静态代码块）

步骤:

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的静态代码块中，创建单例对象
提供一个公有的静态方法，返回实例对象

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, 外部不能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;
	}

}

饿汉式（静态代码块）的优缺点说明

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

4. 懒汉式（线程不安全）

步骤:

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，判断单例对象是否为空
- 如果为空，则创建单例对象并返回
- 如果不为空，则直接返回此对象

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;
	}
}

懒汉式（线程不安全）的优缺点说明

优点:起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
缺点: 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

5. 懒汉式（同步方法）

步骤:

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态同步方法中，判断单例对象是否为空
- 如果为空，则创建单例对象并返回
- 如果不为空，则直接返回此对象

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;
	}
}

懒汉式（同步方法）的优缺点说明

优点: 解决了线程安全问题
缺点: 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

6. 懒汉式（同步代码块）

步骤:

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，先判断对象是否为空
- 如果为空，则加锁创建单例对象，并返回
- 如果不为空，则直接返回此对象

代码实现:

class Singleton{
    private static Singleton singleton; 
    private Singleton(){       
    }
    
    public static singleton getInstance(){
        if(singleton==null){
            synchronized(Singleton. class){
                singleton=new Singleton();
            }
        }
    }
    return singleton;
}

此方式的问题

这种方式，本意是想在不为空时直接返回,为空时进行同步,
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 (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
结论：在实际开发中，不能使用这种方式

7. 懒汉式（双重检查）

步骤 :

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，先判断对象是否为空
- 如果为空，则先加锁，再判断此单例对象是否为空，如果还为空，才创建对象
- 如果不为空，则直接返回此对象
注意：单例变量需要使用 volatile 关键字进行修饰，保证内存可见性，以及防止指令重排序

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 Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if (instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

懒汉式（双重检查）的优点说明

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

volatile的作用

jvm在执行java指令时,有可能会发生指令重排, 那么在此例中,在第一个线程对单例进行赋值时,因为指令重排的原因, 导致类的初始化和赋值操作颠倒, 那么如果此时第二个线程在获取时,判断此时不为null,直接返回,但是此时返回的对象是还没有进行初始化的类,那么将有不可预期的后果,volatile的作用保证线程可见性,也防止了对instance 变量操作的指令重排的可能性

8. 静态内部类

步骤:

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部新增一个静态内部类，封装一个单例对象，用于实现单例模式
静态内部类的实现方式本质是利用类加载的同步机制，保证单例对象的线程安全，并且该方式能保证该单例对象的懒加载机制，因为只有用到静态内部类时，才会加载该静态内部类以及单例对象
在本类内部提供一个静态方法 getInstance() 用于返回静态内部类中的单例对象

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 {	
	//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 Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

懒汉式（静态内部类）的优点说明

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。

9. 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~");
	}
}

饿汉式（枚举）的优点说明

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,反射重新创建新的对象。
这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式。如果用枚举去实现一个单例，属于饿汉模式。
结论：推荐使用

10. JDK中的单例模式

Rumtime 类单例模式

源码:

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

11. 单例模式注意事项

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)

posted @ 2021-01-08 18:04 哈哈丶丶阅读(48) 评论(0) 编辑收藏举报

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单例模式

1. 单例模式介绍

2. 饿汉式（静态常量）

3. 饿汉式（静态代码块）

4. 懒汉式（线程不安全）

5. 懒汉式（同步方法）

6. 懒汉式（同步代码块）

7. 懒汉式（双重检查）

8. 静态内部类

9. 枚举

10. JDK中的单例模式

11. 单例模式注意事项

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