Java设计模式-单例设计模式

深藏阁楼爱情的钟 2023-01-12 01:47 284阅读 0赞

## 单例设计模式 ##

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

#### 饿汉式（静态常量） ####

饿汉式（静态常量）应用实例  
步骤如下：

1.  构造器私有化 (防止 new )
2.  类的内部创建对象
3.  向外暴露一个静态的公共方法。 getInstance
4.  代码实现

/** * 饿汉式(静态变量) */
    public class SingletonTest01 { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            //测试
            Singleton instance = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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 * @return Singleton */
        public static Singleton getInstance() { 
            return INSTANCE;
        }
    
    }

优缺点说明：

1.  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。
2.  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
3.  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
4.  结论：**这种单例模式可用， 可能造成内存浪费**

#### 饿汉式（静态代码块） ####

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 * @return Singleton */
        public static Singleton getInstance() { 
            return instance;
        }
    
    }

优缺点说明：

1.  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。
2.  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) ####

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();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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：

1.  起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
2.  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
3.  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) ####

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();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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 * * @return Singleton */
        public static synchronized Singleton getInstance() { 
            if (instance == null) { 
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }

优缺点说明：

1.  解决了线程不安全问题
2.  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
3.  结论： **在实际开发中， 不推荐使用这种方式**

#### 懒汉式(线程不安全，同步代码块) ####

public class SingletonTest05 { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("懒汉式5 ， 线程安全~");
            Singleton instance = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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 * * @return Singleton */
        public static  Singleton getInstance() { 
            if (instance == null) { 
                synchronized (Singleton.class){ 
                    instance =new Singleton();
                }
    
            }
            return instance;
        }
    }

优缺点说明：

1.  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
2.  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
3.  结论：\*\*在实际开发中， 不能使用这种方式 \*\*

#### 双重检查 ####

public class SingletonTest06 { 
    
    
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("双重检查");
            Singleton instance = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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 { 
        //相比5 增加了volatile关键字
        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：

1.  Double-Check概念是多线程开发中常使用到的， 如代码中所示，进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
2.  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.
3.  线程安全；延迟加载；效率较高
4.  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 ####

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();
            // true
            System.out.println(instance == instance2);
            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 * @return Singleton */
        public static synchronized Singleton getInstance() { 
    
            return SingletonInstance.INSTANCE;
        }
    }

优缺点说明：

1.  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。
2.  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。
3.  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。
4.  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
5.  结论：推荐使用.

#### 枚举 ####

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 { 
        /** * //属性 */
        INSTANCE;
        public void sayOk() { 
            System.out.println("ok~");
        }
    }

优缺点说明：

1.  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。
2.  这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
3.  结论：**推荐使用**

### 单例模式在JDK 应用的源码分析 ###

1.  我们JDK中， java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)
2.  代码分析+Debug源码+代码说明  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25pdWdhbmcwOTIw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

### 单例模式注意事项和细节说明 ###

单例模式注意事项和细节说明

1.  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
2.  **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**
3.  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)

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