单例设计模式（Singleton）

一、单例设计模式介绍

　　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）

　　例如：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，这里就会使用到单例模式

二、单例设计模式的七种方式

　　（1）饿汉式（静态常量）

　　　　步骤：① 构造器私有化（防止new）

　　　　　　　② 在类的内部创建对象

　　　　　　   ③ 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 饿汉式（静态变量）
 */
public class Singleton01 {
    //构造器私有化，防止外部创建对象
    private Singleton01() {
    }

    //在本类内部创建对象实例
    private final static Singleton01 instance = new Singleton01();

    //对外提供公有静态方法返回实例对象
    public static Singleton01 getInstance() {
        return instance;
    }
}


public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton01 singleton01 = Singleton01.getInstance();
        Singleton01 singleton02 = Singleton01.getInstance();
        System.out.println(singleton01.equals(singleton02));//true
    }
}

　　　　输出结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　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

　　　　这种方式基于类装载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就没有达到懒加载的效果

　　　　结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

 

　　（2）饿汉式（静态代码块）

　　　　与上面步骤相似，不过将类实例化的过程放在了静态代码块中

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 饿汉式（静态代码块）
 */
public class Singleton02 {
    //构造方法私有化，防止外部new
    private Singleton02() {
    }

    //本类内部声明对象
    private static Singleton02 instance;

    //在静态代码块中创建单例对象
    static {
        instance = new Singleton02();
    }

    //提供公有方法getInstance返回实例
    public static Singleton02 getInstance() {
        return instance;
    }
}

public class Singleton02Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton02 singleton02 = Singleton02.getInstance();
        Singleton02 singleton03 = Singleton02.getInstance();
        System.out.println(singleton02.equals(singleton03));//true
    }
}

　　　　输出结果：

　　　　

 　　　　分析：

　　　　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

 

　　（3）懒汉式（线程不安全）

　　　　为了解决内存浪费的问题，我们将getInstance的执行流程改为调用方法再返回实例，通俗的讲就是懒加载

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 懒汉式（线程不安全）
 * */
public class Singleton03 {
    private static Singleton03 instance;

    private Singleton03() {
    }

    /**
     * 当使用到该方法时再去创建实例
     * */
    public static Singleton03 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton03();
        }
        return instance;
    }
}

public class Singleton03Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton03 singleton03 = Singleton03.getInstance();
        Singleton03 singleton04 = Singleton03.getInstance();
        System.out.println(singleton03.equals(singleton04));//true
    }
}

　　　　运行结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　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 (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

 

　　（4）懒汉式（线程安全，同步方法）

　　　　要解决线程不安全的问题，我们可以将getInstance方法改成同步执行，一个线程访问一个对象中的synchronized同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 懒汉式（线程安全，同步方法）
 * */
public class Singleton04 {
    private static Singleton04 instance;

    private Singleton04() {
    }

    /**
     * 当使用到该方法时再去创建实例，加入同步代码，解决线程不安全问题
     * */
    public static synchronized Singleton04 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton04();
        }
        return instance;
    }
}


public class Singleton04Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton04 instance01 = Singleton04.getInstance();
        Singleton04 instance02 = Singleton04.getInstance();
        System.out.println("懒汉式（线程安全，同步方法）:" + instance01.equals(instance02));//true
    }
}

　　　　运行结果：

　　　　

 　　　  分析：

　　　　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

 

　　（5）懒汉式（双重检查）

　　　　为了同时解决线程安全和懒加载的问题，这里需要使用volatile关键字以及synchronized代码块

　　　　volatile关键字详细解读

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 懒汉式（双重检查）
 */
public class Singleton05 {
    //使instance的变动立即写入到主存中
    private static volatile Singleton05 instance;

    private Singleton05() {
    }

    //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，保证了效率
    public static Singleton05 getInstance() {
        //解决懒加载问题
        if (instance == null) {
            //解决线程安全问题，保证每次只有一个线程进入该代码块
            synchronized (Singleton05.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton05();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

public class Singleton05Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton05 instance01 = Singleton05.getInstance();
        Singleton05 instance02 = Singleton05.getInstance();
        System.out.println("懒汉式（双重检查）:" + instance01.equals(instance02));
    }
}

　　　　运行结果：

　　　　

 　　　　分析：

　　　　Double-Check（双重检查）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，懒加载，效率较高

　　　　结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

 

　　（6）静态内部类

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 静态内部类
 */
public class Singleton06 {

    //构造器私有化
    private Singleton06() {
    }

    //静态内部类，该类内部有一个静态属性Singleton06
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton06 INSTANCE = new Singleton06();
    }

    //提供getInstance方法直接返回实例
    public static Singleton06 getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

public class Singleton06Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton06 instance01 = Singleton06.getInstance();
        Singleton06 instance02 = Singleton06.getInstance();
        System.out.println("静态内部类:" + instance01.equals(instance02));//true
    }
}

 

　　　　运行结果：

　　　　

 

 　　　　分析：

　　　　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

 

　　（7）枚举

　　　　代码实现：

/**
 * 单例设计模式
 * 枚举
 */
public enum Singleton07 {
    INSTANCE;//属性
    public void sayOK(){
        System.out.println("OK ");
    }
}

public class Singleton07Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton07 instance = Singleton07.INSTANCE;
        Singleton07 instance01 = Singleton07.INSTANCE;
        System.out.println("枚举：" + instance.equals(instance01));
        instance.sayOK();
    }
}

　　　　运行结果：

　　　　

 

 　　　　分析：

　　　　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

 

三、总结

　　多线程环境下建议使用枚举，静态内部类，双重检查等方式实现单例模式

　　单线程环境下可以使用懒汉式和饿汉式的方法实现单例模式