单例模式

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了单例模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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


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:

技术图片

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。


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:

技术图片

  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。


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


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。


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。


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。


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


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)

 

以上是关于单例模式的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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