Java学习升阶 -02-单例模式设计分析

Posted 2021-03-03

单例模式定义

单例模式（Singleton），也叫单子模式，是一种常用的软件设计模式。在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。

单例模式的作用

许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为方便管理，也使系统资源占用率大大降低，也可以提高公共资源载入速度。

应用场景

比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。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，但又经常用到的对象；频繁访问数据库或文件的对象。那么可以初步归纳一下应用场景：

• 公用静态资源类
  如前端中模版页、图片链接等等
• 全局信息类
  全局计数、环境变量、系统基本配置等
• 无状态工具类
  日志工具、字符串工具、文件处理、图片上传等

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单例模式的实现方法

饿汉式

public class Singleton {

private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

private Singleton(){}

public static Singleton getInstance(){
    return INSTANCE;
}

}

同静态代码块方式：

public class Singleton {

private static Singleton instance;

static {
    instance = new Singleton();
}

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {
    return instance;
}

}

因为饿汉模式是静态变量实例化，在类加载时候就会完成实例化，所有优势和劣势都比较明显：
1.线程安全
2.在类加载的同时已经创建好一个静态对象，调用时反应速度快
缺点：资源效率不高，可能getInstance()永远不会执行到，但执行该类的其他静态方法或者加载了该类（class.forName)，那么这个实例仍然初始化

懒汉式

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton single=null;
//静态工厂方法
public static Singleton getInstance() {
if (single == null) {
single = new Singleton();
}
return single;
}
}

这种写法起到了Lazy Loading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。

改进01

public class Singleton {

private static Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

}

解决上面第三种实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。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要改进。
改进02-双重检查模式

public class Singleton {

private static volatile Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

}

静态内部类方式

public class Singleton {

private Singleton() {}

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

public static Singleton getInstance() {
    return SingletonInstance.INSTANCE;
}

}

该方式在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，延迟加载，效率高。

枚举式

public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {

}

}

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。