设计模式-JAVA-单例模式的八种实现方式

2022-09-14 13:03:57

单例模式介绍

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力的方法
比如Hibernate的SessionFactory，它从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，这时就会使用到单例模式

单例设计模式八种方式

饿汉式（静态常量）
基本步骤
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。getInstance
4. 代码实现
```
public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }
}

// 饿汉式（静态变量）
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 static final Singleton 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. 这种写法比较简单，就是在类装在的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
2. 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loadinig的效果。如果从始至终都没有使用过这个实例，则会造成内存的浪费
3. 这种方式给予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，但是导致类加载的原因有跟多种，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
4. 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

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 { // 在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

这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类的实例化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
结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

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，还未来得及再往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这是，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）
```
class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

优缺点说明
结论：不行，安全都不能保证

双重检查

class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static volatile Singleton instance;

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

优缺点

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
这样实例化代码只执行一次，后面再次访问时，判断if(singleton == null), 直接return实例化对象，也避免反复进行方法同步
线程安全；延迟加载，效率较高
结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

静态内部类
静态内部类的几个特点：当Singleton类加载的时候其内的静态内部类并不会立即被装载，当调用geiInstance方法时，静态内部类会被装载并且不会有安全性问题
```
class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.instance;
    }
}
```
优缺点说明
1. 这种方式采用了类加载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Single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装载类的时候初始化，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，别的线程时无法进入的。
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
5. 结论：推荐使用
枚举
```
enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void method() {
        // 方法
    }
}
```
优缺点说明
1. 这借助了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Effeetive Jav作者Josh Bloch提倡的方式
3. 结论：推荐使用

单例模式在JDK应用的源码解析

我们JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式饿汉式

单例模式注意事项和细节说明

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
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
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），但又经常使用到的对象、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）

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单例设计模式八种方式

单例模式在JDK应用的源码解析

单例模式注意事项和细节说明

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