创建型模式之单例模式

Posted 2021-03-05 xiaoran991

一、介绍

类的单例设计模式，就是采用一定的方法保证在整个的软件系统中，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)。

二、单例模式八种方式

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，同步代码块）
6. 双重检查
7. 静态内部类
8. 枚举

1、饿汉式（静态常量）

class Singleton{

//    1.构造器私有化，外部不能new
    private Singleton(){}

//    2.本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();

//    3.提供一个共有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

优缺点：

1. 优点：方法简单，在类装载的时候就完成实例化，避免线程同步。
2. 缺点：没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终没有使用这个实例，则造成内存浪费。
3. 结论：可用，但可能造成内存浪费。

2、饿汉式（静态代码块）

class Singleton{
    
//    1.构造器私有化，外部不能new
    private Singleton(){}
    
//    2.本类内部创建对象实例
    private static Singleton instance;
    
    static { // 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;
    }
}

优缺点：

1. 方法和第一种类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中。优缺点和第一种方式一样。
2. 结论：可用，但可能造成内存浪费。

3、懒汉式（线程不安全）

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;
    }
}

优缺点：

1. 优点：起到了 Lazy Loading 的效果，但只能在单线程下使用。
2. 缺点：如果在多线程下，一个线程进入了 if(instance == null) 判断语句中，没执行完，另一个线程也通过了这个判断语句，这时就产生了多个实例。
3. 结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

4、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，解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点：

1. 优点：解决了线程安全问题。
2. 缺点：效率太低了。每个线程想获得类的实例都要执行 getInstance() 方法同步，只有第一次实例化才要用到同步锁，后面的要获得该类的实例，直接 return 就行了。
3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

5、懒汉式（线程安全，同步代码块）

class Singleton{
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

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

优缺点：

1. 本质跟上一种方法一样。
2. 结论：不推荐使用。

6、双重检查

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，同时解决懒加载问题
//    同时保证了效率，推荐使用
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点：

1. 优点：Double-Check 概念是多线程开发中常使用的。延迟加载，效率较高。
2. 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

7、静态内部类

class Singleton{

    private Singleton(){}

//    写一个静态内部类，该类中有一个静态属性
    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;
    }
}

优缺点：

1. 原理：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实例化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
2. 优点：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。
3. 结论：推荐使用。

8、枚举

//使用枚举，可以实现单例，推荐
enum Singleton{
    INSTANCE; //属性

//    public void sayOK(){
//        System.out.println("ok~");
//    }
}

优缺点：

1. 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。

三、单例模式在 JDK 应用的源码分析

1. JDK中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)
2. 代码：

四、单例模式注意事项和细节说明

1. 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，对于一些需要创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。
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. 单例模式使用的场景：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（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）。