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单例设计模式

LiAngJava2023年11月14日设计模式Java大约 12 分钟约 2396 字

单例设计模式介绍

​ 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。

单例设计模式八种方式

**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）

代码演示

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。getInstance()
package com.lzw.singleton.type1;

public class SingletonTest01 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.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.在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 static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

优缺点

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

（2）饿汉式（静态代码块）

代码演示

package com.lzw.singleton.type2;

public class SingletonTest02 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
	}
}

// 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.在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

  1. 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. 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。

（3）懒汉式（线程不安全）

代码演示

package com.lzw.singleton.type3;

public class SingletonTest03 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
	}
}

// 懒汉式(线程不安全)
class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton() {}

	// 提供一个公有的静态方法，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. 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。

（4）懒汉式（线程安全，同步方法）

代码演示

package com.lzw.singleton.type4;

public class SingletonTest04 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
	}
}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton() {}

	// 提供一个公有的静态方法，加入了同步处理代码，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

  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。

（5）懒汉式（线程安全，同步代码块）

代码演示

package com.lzw.singleton.type5;

public class SingletonTest05 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
	}
}

// 懒汉式(线程安全，同步代码块)
class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton() {}

	// 提供一个公有的静态方法，加入了同步处理代码，解决线程不安全问题
	public static Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
		}
		return instance;
	}
}

优缺点

  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。
  3. 结论：在实际开发中，不能使用这种方式。

（6）双重检查

代码演示

package com.lzw.singleton.type6;

public class SingletonTest06 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton singleton = Singleton.getInstance();
		Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(singleton == singleton2);// true
		System.out.println("singleton：" + singleton.hashCode());
		System.out.println("singleton2：" + singleton2.hashCode());
	}
}

// 双重检查
class Singleton {
	private static volatile Singleton singleton;

	private Singleton() {}

	// 提供一个公有的静态方法，加入双重检查代码，解决线程不安全问题，同时解决懒加载问题
	public static Singleton getInstance() {
		if (singleton == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if (singleton == null) {
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
}

优缺点

  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。
  4. 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

代码演示

package com.lzw.singleton.type7;

public class SingletonTest07 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
	}
}

// 静态内部类完成单例模式
class Singleton {
	private static volatile Singleton singleton;

	// 构造器私有化
	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();
	}

	// 提供一个公有的静态方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

优缺点

  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。
  5. 结论：推荐使用。

（8）枚举

代码演示

package com.lzw.singleton.type8;

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
		System.out.println(instance == instance2);// true
		System.out.println("instance：" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2：" + instance.hashCode());
		instance.sayOK();
	}
}

// 枚举
enum Singleton {
	INSTANCE;// 属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

优缺点

  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。
  3. 结论：推荐使用。

单例模式在JDK-Runtime的应用

JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

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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)。
上次编辑于: 2023/11/14 17:03:52
贡献者: LiAng