设计模式——单例模式

Posted 2022-06-10 爱学习的大鱼

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)。

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)

class Singleton 

    /**
     * 1、构造器私有化
     */
    private Singleton()

    /**
     * 2、内部创建对象实例
     */
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    /**
     * 3、提供获取方法
     */
    public static Singleton getInstance() 
        return instance;
    

饿汉式(静态代码块)

class Singleton 
    /**
     * 1、构造器私有化
     */
    private Singleton()
    

    /**
     * 2、创建对象实例（去掉final）
     */
    private static Singleton instance;

    /**
     * 3、静态代码块中创建单例对象
     */
    static 
        instance = new Singleton();
    

    /**
     * 4、提供获取方法
     */
    public static Singleton getInstance() 
        return instance;
    

饿汉式优缺点说明:

• 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。

懒汉式(线程不安全)

class Singleton 
    private static Singleton instance;

    private Singleton()

    /**
     * 提供静态方法，当使用方法时，才去创建instance
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton();
        

        return instance;
    

懒汉式(线程不安全)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。

懒汉式(线程安全，同步方法)

class Singleton 
    private static Singleton instance;

    private Singleton() 

    

    /**
     * 加入synchronized 实现线程安全
     * @return
     */
    public static synchronized Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton();
        

        return instance;
    

懒汉式(线程安全，同步代码块)

class Singleton 
    private static Singleton instance;

    private Singleton() 

    

    /**
     * 加入synchronized 实现线程安全
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() 
        synchronized (Singleton.class) 
            if (instance == null) 
                instance = new Singleton();
            
        

        return instance;
    

懒汉式(线程安全)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。

双重检查

class Singleton 
    // 对象的创建可能发生指令的重排序
    // 使用 volatile 可以禁止指令的重排序
    // 保证多线程环境内的系统安全。
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() 

    /**
     * 双重检查机制
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            synchronized (Singleton.class) 
                if (instance == null) 
                    instance = new Singleton();
                
            
        
        return instance;
    

双重检查优缺点说明:

• 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 == nul)，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

class Singleton  
    private Singleton()

    private static class SingletonInstance 
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    

    public static Singleton getInstance()
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    

静态内部类优缺点说明:

• 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

enum Singleton 
    TEST1(1,"test1"),
    TEST2(2,"test2");

    private final Integer code;
    private final String msg;

    Singleton(Integer code, String msg) 
        this.code = code;
        this.msg = msg;
    

    public Integer getCode() 
        return code;
    

    public String getMsg() 
        return msg;
    

枚举优缺点说明:

• 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- -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)。