单例模式

Posted 2020-12-12 lililixuefei

单例模式，就是采取一定的方法保证整个软件系统中，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)

1.单例模式的八种方式

1. 饿汉式(静态常量)

2. 饿汉式(静态代码块)

3. 懒汉式(线程不安全)

4. 懒汉式(线程安全，同步方法)

5. 懒汉式(线程安全，同步代码快)

6. 双重检查

7. 静态内部类

8. 枚举

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首先我们来看一下饿汉式(静态常量)

具体步骤

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. 具体代码实现

package designPattern.singleton;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 13:26
 * 饿汉式(静态常量)
 */
public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}
class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    //类的内部创建对象实例
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    //提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

　　结果显示:

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LazyLoading的效果，如果从始至终从未使用过这个实例，就会造成内存浪费。

3. 这种方式基于 classloader 机制避免了多线程同步问题，不过instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多，因此不能确定有其他的方式（或者其他静态方法）导致类装载，这个时候初始化就没有达到lazyloading的效果。

4. 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

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饿汉式(静态代码块)

代码演示：

package designPattern.singleton.type2;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 13:26
 * 饿汉式(静态代码块)
 */
public class SingletonTest02{
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    //类的内部创建对象实例
    private static final Singleton singleton;

    //在静态代码块中，创建单例对象
    static {
        singleton = new Singleton();
    }

    //提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

　　结果显示：

　　优缺点说明: 和上面静态常量优缺点一样，只不过就是将类的实例化放在了静态代码块中。

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懒汉式(线程不安全)

代码演示：

package designPattern.singleton.type3;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 13:59
 * 懒汉式(线程不安全)
 */
public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    private static Singleton singleton;

    //提供一个公有的静态方法，当使用该方法时，才去创建instance
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

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if(singleton == null)判断语句块，还未来的及往下执行，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以使用这种方式。

3. 结论：在实际开发中，不要使用这种方式

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懒汉式（线程安全，同步方法）

代码演示：

package designPattern.singleton.type4;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 14:25
 */
public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    private static Singleton singleton;

    //加入 synchronized 关键字同步处理代码，解决线程安全问题
    //提供一个公有的静态方法，当使用该方法时，才去创建instance
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

　　

优缺点说明：

1. 优点：解决了线程安全问题。

2. 缺点：效率太低了，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就好了。方法进行同步效率太低了。

3. 结论：实际开发中，不推荐使用这种方式。

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双重检查：

代码演示：

package designPattern.singleton.type6;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 14:31
 */
public class SingletonTest06 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    //类的声明变量加上 volatile 关键字
    //volatile让变量每次在使用的时候，都从主存中取。
    //volatile变量对于每次使用，线程都能得到当前volatile变量的最新值。
    private static volatile Singleton singleton;

    //提供一个公有的静态方法，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
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　

优缺点说明：

1. Double-Check概念是多线程开发中经常使用的，如代码中所示，我们进行了两次 if(singleton == null) 检查，这样就保证了线程安全了。

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，也避免了反复进行方法同步。

3. 线程安全，延迟加载，效率较高。

4. 结论：在实际开发中，推荐使用这种方式。

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静态内部类：

代码演示：

package designPattern.singleton.type7;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 15:12
 */
public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试实现
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}
//静态内部类完成 推荐使用
class Singleton{
    //构造器私有化 外部不能new
    private Singleton(){}

    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性 INSTANCE
    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE  = new Singleton();
    }

    //提供一个静态的公有方法，SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

　　

为什么是线程安全的

虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行<clinit>()方法后，其他线程唤醒之后不会再次进入<clinit>()方法。同一个加载器下，一个类型只会初始化一次。)，在实际应用中，这种阻塞往往是很隐蔽的。

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类被装载的时候并不会立即实例化，而是在需要实例化的时候，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帮助我们保障了线程的安全，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

4. 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。

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枚举

代码演示：

package designPattern.singleton.type8;

/**
 * @author : 雪飞oubai
 * @date : 2020/3/15 15:31
 */
public class SingletonTest08 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}
//使用枚举，可以实现单例
enum Singleton{
    INSTANCE;     //属性
    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对象。

2. 结论：推荐使用

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单例模式在 JDK 中的使用 举个栗子：

1. JDK中，java.lang.Runntime就是经典的单例模式(饿汉式)

 * @author  unascribed
 * @see     java.lang.Runtime#getRuntime()
 * @since   JDK1.0
 */

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don‘t let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

　　

单例模式注意事项和细节说明：

1. 单例模式保证了系统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和销毁的对象，使用单例模式可用提高系统性能。

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. 单例模式的使用场景：需要频繁创建和销毁的对象、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）