单例设计模式详解+源代码+JDK源码应用——Java设计模式系列学习笔记

Posted 2021-12-14 来老铁干了这碗代码

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一. 基本介绍

采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类智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SessionFactor，他充当数据存储源的代理，并负责创建Session对象。SessionFactor并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个SessionFactor就够，这时就会使用到单例模式。

二. 单例模式的八种方式

• 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

1. 饿汉式(静态常量)

优点：写法简单，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。如果从始至终都没使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

这种基于ClassLoader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(或其它的静态方法)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，可能造成内存浪费

package com.weirdo.principle.singleton.type1;

public class SingletonTest01 

	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 final static Singleton instance = new Singleton();
	
	//3.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() 
		return instance;
	
	

2. 饿汉式(静态代码块)

这种方式和2.1的方式类似，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2.1是一样的。

结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

package com.weirdo.principle.singleton.type2;

public class SingletonTest02 

	public static void main(String[] args) 
		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
	public static Singleton getInstance() 
		return instance;
	
	

3. 懒汉式(线程不安全)

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使用这种方式。

结论：在实际开发中，不要使用这种方式

package com.weirdo.principle.singleton.type3;

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

4. 懒汉式(线程安全，同步方法)

解决了线程安全问题，但是效率太低。每个线程在想获得类的实例的时候，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，后面的想获得该类的实例，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

package com.weirdo.principle.singleton.type4;

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();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		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synchronized，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() 
		if(instance == null) 
			instance = new Singleton();
		
		return instance;
	

5. 懒汉式(线程安全，同步代码块)

跟2.4类似，不推荐使用

package com.weirdo.principle.singleton.type4;

public class SingletonTest05 

	public static void main(String[] args) 
		System.out.println("懒汉式2=============>线程安全,同步代码块");
		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());
	



// 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，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() 
		if(instance == null) 
			//同步代码块
			synchronized (Singleton.class)
				instance = new Singleton();
			
		
		return instance;
	

6. 双重检查

Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，进行了两次if(singleton==null)，这样就可以保证线程安全了。

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，也避免了反复进行方法同步。

线程安全、延迟加载、效率高。

结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

package com.weirdo.principle.singleton.type6;

public class SingletonTest06 

	public static void main(String[] args) 
		System.out.println("双重检查");
		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());
	


// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton 
	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，同事解决懒加载问题
	//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;
	

7. 静态内部类

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，才回装载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。

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

package com.weirdo.principle.singleton.type7;

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();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		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，该类中有个静态数据 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
	
	public static synchronized Singleton getInstance() 
		
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	

8. 枚举

借助了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。

结论：推荐使用

package com.weirdo.principle.singleton.type8;

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();
	


//使用枚举实现单例
enum Singleton 
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() 
		System.out.println("ok~");
	

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三. 单例模式在JDK应用的源码分析

java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

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四. 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。
• 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new
• 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁对象、创建对象时耗过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但有经常用到的对象、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)