单例模式

Posted 2021-02-02 xidian2014

所有类都有构造方法，不编码则系统默认生成空的构造方法，若有显示定义的构造方法，默认的构造方法就会失效。
单例模式，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
通常我们可以让一个全局变量使得一个对象被访问，但它不能防止你实例化多个对象。一个最好的办法就是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。

package com.singleton.demo;

//懒汉式Singleton类，定义一个getInstance方法，允许客户访问它的唯一实例。
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    // 构造方法私有化，外界不能用new关键字创建此实例
    private Singleton() {
    }

    // 该方法是获取本类实例的唯一途径
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

 单例模式因为Singleton类封装它的唯一实例，这样它可以严格地控制客户怎样访问它以及何时访问它，简单地说就是对唯一实例的受控访问。 

单例模式有以下特点：
　　1、单例类只能有一个实例。
　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个工作，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。
懒汉式单例的实现是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance()这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全。

1、在getInstance方法上加同步

package com.singleton.demo;

//懒汉式Singleton类，定义一个getInstance方法，允许客户访问它的唯一实例。
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    // 构造方法私有化，外界不能用new关键字创建此实例
    private Singleton() {
    }

    // 该方法是获取本类实例的唯一途径
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

 2、双重检查锁定

package com.singleton.demo;

//懒汉式Singleton类，定义一个getInstance方法，允许客户访问它的唯一实例。
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    // 构造方法私有化，外界不能用new关键字创建此实例
    private Singleton() {
    }

    // 该方法是获取本类实例的唯一途径
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 进行双重检查的原因：当instance为null并且同时有两个线程调用getInstance（）方法时，它们都可以通过第一重instance==null的判断。然后由于synchronized机制，这两个线程则只有一个进入，另一个在外排队等待，必须要其中的一个进入并出来后，另一个才能进入。而此时如果没有第二重的instance是否为null的判断。则第一个线程创建了实例，而第二个线程还是可以继续再创建新的实例，这就没有达到单例的目的。

3、静态内部类  既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响

package com.singleton.demo;

//懒汉式Singleton类，定义一个getInstance方法，允许客户访问它的唯一实例。
public class Singleton {

    // 构造方法私有化，外界不能用new关键字创建此实例
    private Singleton() {
    }

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

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

 饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生就是线程安全的。

package com.singleton.demo;

//饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生就是线程安全的。
public class Singleton {

    // 构造方法私有化，外界不能用new关键字创建此实例
    private Singleton() {
    }

    private static final Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

 饿汉式和懒汉式的区别：饿汉式在类加载时就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，而懒汉式比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

从线程安全和资源加载及性能区分饿汉式和懒汉式：
1、线程安全：
饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，
懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能：
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别：
第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的；
第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

什么是线程安全？
如果一段的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

参考：https://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037