单例设计模式

Posted 2020-11-29 ch-forever

所谓类的单例设计模式，就是采取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)。

比如Hibernate的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建Session对象。SessionFactory并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个SessionFactory就够，这是就会使用到单例模式。

单例模式有八种方式：
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

饿汉式（静态常量）

饿汉式（静态常量）实例对象构建步骤如下：
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。

代码实现：

/**
 * <h1>饿汉式-静态常量</h1>
 */
public class HungryStaticVar {

    public static void main(String[] args) {

        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
        System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
    }
}
// 饿汉式-静态常量
class Singleton{

    // 1、构造器私有化，禁止外部new对象
    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 final static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式（静态常量）优缺点总结：

优点：这种写法比较简单，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Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

这种方式基于classloder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，在单例模式中大多数都是调用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（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果。所以说，这种单例模式可用，但是，可能造成内存浪费。

饿汉式（静态代码块）

/**
 * <h1>饿汉式-静态代码块</h1>
 */
public class HungryStaticCodeBlock {

    public static void main(String[] args) {

        SingletonStaticCodeBlock instance1 = SingletonStaticCodeBlock.getInstance();
        SingletonStaticCodeBlock instance2 = SingletonStaticCodeBlock.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
        System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
    }
}

// 饿汉式-静态代码块
class SingletonStaticCodeBlock{

    // 1、构造器私有化，禁止外部new对象
    private SingletonStaticCodeBlock() {
    }

    // 2、本类内部创建对象实例
    private static SingletonStaticCodeBlock instance;
    static { // 在静态代码块中，创建单例对象
        instance = new SingletonStaticCodeBlock();
    }

    // 3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public final static SingletonStaticCodeBlock getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式（静态代码块）优缺点总结：

这种方式和上面的方式其实类似，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。优缺点和上面是一样的。

懒汉式(线程不安全)

/**
 * 懒汉式-线程不安全版本
 */
public class Lazy {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
        System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
    }
}

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){

    }
    // 提供一个静态的公有方法，当时用到该方法时，才会创建instance
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

懒汉式(线程不安全)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)

/**
 * 懒汉式-线程安全，同步方法
 */
public class Lazy {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
        System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
    }
}

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    // 加入同步代码，解决线程不安全问题
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

懒汉式(线程安全，同步方法)优缺点说明：
1、解决了线程不安全问题；

2、效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，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，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低；

3、结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

懒汉式(线程不安全，同步代码块)

/**
 * 懒汉式-线程不安全，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;
    }
}

懒汉式(线程安全，同步代码块)优缺点说明：
1、这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块。

2、但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了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。

因此，在实际开发中，不能使用这种方式。

懒汉式(线程安全，同步代码块，双重检查)

/**
 * 懒汉式(线程安全，同步代码块，双重检查)
 */
class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：
1、Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。

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，也避免的反复进行方法同步。

3、线程安全；延迟加载；效率较高。

因此，在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

静态内部类

/**
 * 静态内部类
 */
class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}

    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

静态内部类优缺点说明：

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。

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。

4、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，推荐使用。

枚举

public class Lazy {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
        System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
    }
}

/**
 * 枚举
 */
enum Singleton{
    INSTANCE // 属性
}

枚举优缺点说明：
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新的对象。

2、这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式，推荐使用。

单例设计模式总结

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，对于一些需要频繁创建销毁的对象，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)。