设计模式（Java语言）-单例模式

Posted 2020-11-22 姓码名农小小

　　单例模式，简而言之就是在整个应用程序里面有且仅有一个实例，在程序的任何时候，任何地方获取到的该对象都是同一个对象。单例模式解决了一个全局的类被频繁创建和销毁的，或者每次创建或销毁都需要消耗大量cpu资源的对象的问题。单例模式总的可以分为懒汉模式和饿汉模式，顾名思义，懒汉模式是一个非常懒的汉子，只要你没有使用到它，它就永远不会实例化。饿汉模式的意思就是，汉子非常饥渴，只要在程序的编译阶段就给你分配内存，创建好对象。

　　将懒汉模式和饿汉模式细分，又可以分为：

　　1、懒汉模式

　　2、饿汉模式

　　3、双检模式

　　4、静态内部类模式

　　5、枚举模式

　　不管是用哪一种方式实现的单例模式，其创建流程基本都是一直的：首先将构造方法声明为private的，这样就防止直接new出一个新的对象。第二，声明一个私有的成员变量，即单例对象。第三步，声明一个public的静态方法，用于获取或创建单例对象，外部想要获取该对象必须通过这个方法获取。

　　一、懒汉模式1--线程安全

/**
 * 饿汉模式1
 */
public class HungrySingleton1 {

    private static HungrySingleton1 singleton = new HungrySingleton1();

    private HungrySingleton1(){}

    public static HungrySingleton1 getInstance() {
        return singleton;
    }


}

　　这种懒汉模式的优点是实现非常简单。缺点是并起到懒加载的效果，如果项目没有使用到这个对象的就会造成资源的浪费。

 

　　二、饿汉模式1--线程不安全

/**
 * 懒汉模式1
 */
public class LazySingleton1 {

    private static LazySingleton1 singleton;

    private LazySingleton1(){}

    public static LazySingleton1 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new LazySingleton1();
        }
        return singleton;
    }


}

　　这种写法虽然实现了懒加载的效果，但是严格意义上并不是单例模式，因为在多线程的环境下有可能会创建出多个不同的对象，至于为什么，不懂的可以看一下我之间写的关于Java内存模型的文章。这种写法只能应用于单线程的环境下，局限性很大。实际中强烈不建议使用这种方法。

 

　　三、懒汉模式2--线程安全

　　

/**
 * 懒汉模式2
 */
public class LazySingleton2 {

    private static LazySingleton2 singleton;

    private LazySingleton2(){}

    public static synchronized LazySingleton2 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new LazySingleton2();
        }
        return singleton;
    }


}

　　这种写法咋看跟上面的方法一样，这种写法在方法上添加了 synchronized  关键字，这样就保证了每次只能有一个线程进入方法体中，解决了懒汉模式1中出现的问题。这种写法的优点是实现了懒加载的效果，缺点是效率非常低，当多个线程同时获取实例时，有可能会造成线程阻塞的情况。不推荐使用。

 

　　懒汉模式3--线程不安全

/**
 * 懒汉模式3
 */
public class LazySingleton3 {

    private static LazySingleton3 singleton;

    private LazySingleton3(){}

    public static LazySingleton3 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (LazySingleton3.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new LazySingleton3();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　这种写法进行了两次 singleton == null 的判断，在实际的应用中当我们调用这个方法时，其实99%的几率是实例就已经创建好了，因此第一个 singleton == null 能过滤掉99%的调用，不用将方法锁起来，从而提高了效率。这种方法的优点是实现懒加载的效果，效率和很高。缺点是代码设计仍然后缺陷，jvm在为对象分配内存和赋值并不是一个原子操作，即 singleton = new LazySingleton3() 这段代码在jvm中是由三个步骤实现的，首先jvm会在堆中为对象分配一定的内存空间，然后完成对象的初始化工作，然后将内存地址指向到对象中。但是，我们知道，jvm在编译的时候并不总是根据我们编写的代码的顺序来执行了，而是根据jvm觉得最优的顺序执行（这个过程就叫做指令重排序），所以有可能在执行了步骤1后就执行了步骤3，这时候第二个线程进来的发现singleton并不为空，因此就直接返回了该对象，因此造成空指针异常。

 

　　四、双重检查锁模式---线程安全

/**
 * 懒汉模式4
 */
public class LazySingleton4 {

    private volatile static LazySingleton4 singleton;

    private LazySingleton4(){}

    public static LazySingleton4 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (LazySingleton4.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new LazySingleton4();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　相较于上面的方式，这种方式只是在成员变量中添加了 volatile  关键字，解决了指令重排序的问题，同时确保当前线程修改了这个变量时，其他的线程能够及时读到最新的值。这种方法缺点是写起来比较复杂，要求程序员对jvm比较理解。优点是既保证了线程安全，同时也能够保证了比较高的效率。

 

　　五、静态内部类模式--线程安全

/**
 * 懒汉模式5
 */
public class LazySingleton5 {

    private LazySingleton5(){}

    private static class Holder {
        private static final LazySingleton5 INSTANCE = new LazySingleton5();
    }

    public static LazySingleton5 getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }

}

　　这种写法实现比较简单，即实现了懒加载的效果，同时也保证的多线程环境下的线程安全问题。推荐使用这种方式。

 

　　六、枚举模式 -- 线程安全

　　

/**
 * 懒汉模式6
 */
public enum  LazySingleton6 {

   INSTANCE

}

//使用方法

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        LazySingleton6 instance = LazySingleton6.INSTANCE;
        LazySingleton6 instance1 = LazySingleton6.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance1);

    }

}

　　推荐写法，简单高效。充分利用枚举类的特性，只定义了一个实例，且枚举类是天然支持多线程的。