03_单例设计模式

2023-11-08 09:53:22

1 单例设计模式介绍

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该对象实例的方法(静态方法)。

2 单例设计模式八种方式

2.1 饿汉式 (静态常量)

/**
 * 静态常量
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private final static Singleton singleton = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

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。但是，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。

2.2 饿汉式（静态代码块）

/**
 * 静态代码块
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static Singleton singleton;
    static {
        singleton = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

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。

2.3 懒汉式(线程不安全)

/**
 * 静态代码块
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static Singleton singleton;
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。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。

2.4 懒汉式(线程安全-同步方法)

/**
 * synchronized
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static Singleton 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 (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

解决了线程安全问题，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。

2.5 懒汉式(线程安全-同步代码块)

/**
 * synchronized
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static Singleton 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 Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

2.6 双重检查DCL

/**
 * DCL
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static volatile Singleton 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 Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

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。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。线程安全；延迟加载；效率较高。

2.7 静态内部类

/**
 * 静态内部类
 */
class Singleton {
    // 私有化构造器，外部不可以new对象实例
    private Singleton(){}
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton singleton = new Singleton();
    }
    private static synchronized Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.singleton;
    }
}

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SingletonInstance 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。

2.8 枚举

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
    }
}
/**
 * 枚举类
 */
enum Singleton {
    INSTANCE;
}

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。

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