Java模式之单例模式

Posted 2022-02-18 fplblog

单例模式是指某个类有唯一的实例。
最常见的获取单例的方法有两种：饿汉式和懒汉式。

懒汉式单例模式：

public class Single1
　　　　private static Single1 single1;
　　　　private Single1()
　　　　public static Single1 getInstance()
　　　　if (single1 == null)
　　　　single1 = new Single1();
　　　　
　　　　return single1;
　　


懒汉式单例模式，意思是调用getInstance()后才会生成对象，并返回对象，即需要的时候才会生成一个对象。
注意：getInstance()方法为static修饰的静态方法，使得方法属于类，通过[Single1.]便可调用getInstance()，避免其他类中创建Single1对象，另外private修饰的构造方法表明，只能在该类中生成对象。
懒汉式单例模式的特点是延迟加载，在需要该对象的时候才会生成对象，节省了不必要的空间；但该模式也存在一个致命的缺点，后面会讲到。

饿汉式单例模式：

public class Single2
　　private static final Single2 SINGLE2 = new Single2();
　　private Single2()
　　public static Single2 getInstance()
　　return Single2.SINGLE2;
　　


饿汉式单例模式，意思是类加载就会立马生成一个对象，为了保证只能生成一个该类的对象，所以用关键字final修饰，即不可变。当需要该对象的时候，调用getInstance()方法即可返回该唯一的对象。
饿汉式单例模式的特点：饿汉式故名思议好比处于饥饿状态，类加载后立马生成该类的实例，不管需不需要；这容易造成空间的浪费，相比懒汉式单例，饿汉式单例不可用。

饿汉式单例模式还可以换一种方法来实现，即便不推荐使用；饿汉式静态模块单例模式：

public class Single3
　　private Single3()
　　private static Single3 single3;
　　static
　　
　　single3 = new Single3();
　　
　　public static Single3 getInstance()
　　return single3;
　　

饿汉式静态模块单例模式的本质跟上面的饿汉式单例模式一样，只不过把直接生成单例的过程放到了静态代码块，即在类加载的过程中会执行静态代码块的内容，即生成了single3实例。
注意：这里的single3引用没有final关键字，因为一个类加载只会执行一次静态代码块，所以能确保single3的实例是唯一的。

上面说到懒汉式单例模式，即Single1有一个致命的缺点，我们通过代码来说明：

public class Client
　　　　static Single1 single1;
　　　　public static void main(String[] args)
　　　　for (int i = 0; i < 10; i++)
　　　　Runnable runnable = new Runnable()
　　　　public void run()
　　　　try
　　　　Thread.sleep(2000);
　　　　 catch (InterruptedException e)
　　　　e.printStackTrace();
　　
　　single1 =Single1.getInstance();
　　System.out.println(single1);
　　
　　;
　　　　new Thread(runnable).start();
　　　　
　　


代码含义：把懒汉式单例模式放到多线程下执行。
Thread.sleep(2000)是让当前执行单例模式的线程休眠2秒，让线程不那么快执行完，便于看到效果。
运行后的某一种结果：

[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]

很明显，10个线程调用懒汉式单例模式后返回的对象居然有4个，这与单例模式的含义相违背，表明懒汉式单例模式在多线程下不可行，这是懒汉式单例模式致命的缺点。
分析执行过程可知，当线程1在执行if(single1 == null)后执行singe1 = new Single1()生成对象的同时，线程2也正好在判断if(single1 == null)，由于线程1的对象还没有生成，所以线程2的判断为true，便进一步执行single1 = new Single1()，所以便会生成多个Single1对象。

为了解决这个问题，我们自然想到synchronized关键字，即在获取single1对象的方法getInstance()上加锁，使其成为

同步方法:

public class Single1
　　private static Single1 single1;
　　private Single1()
　　public static synchronized Single1 getInstance()
　　if (single1 == null)
　　single1 = new Single1();
　　
　　return single1;
　　

同步方法getInstance()能保证每次只有一个线程进入方法内部，这样便能保证单例。
同步方法的特点：通过synchronized关键字使得线程获得Single1类的内置锁从而保证每次只有一个线程执行getInstance()。进一步分析执行过程：线程1执行方法getInstance时获取Single1的内置锁，此时线程2过来想要执行方法getInstance，发现方法所属类的锁已经被线程1占有，所以线程2被阻塞，接着线程3，线程4…继续被阻塞，这样导致的结果就是执行的效率非常低。我们想想，其实只有线程1进入方法getInstance生成实例后，方法2、3、4…都不需要生成实例，因此也就没必要阻塞后面的线程，所以可以缩小同步的范围，即把从同步方法变成同步代码块。

双重检查的单例模式：

public class Single1
　　　　private static volatile Single1 single1;
　　　　private Single1()
　　　　public static Single1 getInstance()
　　　　if (single1 == null)
　　　　synchronized(Single1.class)
　　　　if (single1 == null)
　　　　single1 = new Single1();
　　　　
　　

　　return single1;
　　

双重检查的单例模式把同步从方法级别移到方法内部，只对必要的代码块进行同步；注意这里有两个判空，所以称为双重检查。第一次判空是所有线程都会执行的，当线程1判空后，就会获取Single1类的内置锁，线程1则势必会执行single1 = new Single1()，生成single1实例；假如线程1在执行同步代码块的时候，线程2进入方法getInstance，第一次判空为true，此时Single1的内置锁被线程1占有，因此被阻塞，当线程1执行完后退出同步代码块释放Single1的内置锁，线程2就会进入同步代码块，此时若线程3进来，因为线程1已经生成single1对象，所以线程3的第一次判空为false，则线程3执行返回对象，线程2进行第二次判空同样为false，直接返回single1实例。后面的线程在第一个判空处便为false。
双重检查单例模式的特点就是线程安全，延迟加载，效率高，比较常用。
注意：声明single1对象时，使用了volatile关键字。volatile关键字可以保证single1对象的可见性和有序性；这是防止指令重排从而保证single1对象的唯一。

静态内部类的单例模式：

public class Single4
　　private Single4()

　　
　　private static class Single4Inner
　　private static final Single4 SINGLE4 = new Single4();
　　
　　public static Single4 getInstance()
　　return Single4Inner.SINGLE4;
　　


静态内部类的单例模式与饿汉式单例模式有点类似，唯一的不同在于，饿汉式单例模式中单例对象是随着Single2类加载而生成，而静态内部类单例模式则通过静态内部类产生单例对象，其利用静态内部类不会随着外部类的加载而加载的特性使得当getInstance方法被调用后Single4Inner类才会被加载，从而生成SINGLE4对象，同时用static和final修饰，保证只会生成一个SINGLE4对象，保证了其线程的安全。

枚举类单例模式：

public enum Single5
　　SINGLE_5;
　　public Single5 getInstance()
　　return SINGLE_5;
　　

枚举类单例模式是最实用的一种单例模式。枚举类本身带有私有的构造方法，而每个枚举对象都是static和final修饰的对象，表明对象只能被实例化一次，所以在枚举实例的时候就会产生单例。

以上是所有产生单例的方法，总结有：饿汉式单例，懒汉式单例，饿汉式静态模块单例，同步方法单例，双重检查单例，静态内部类单例以及枚举类单例。

2 单例模式的原理
单例模式能够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。

3 单例模式的特点
故名思议，单例模式表明某个类只有一个实例。