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设计模式之单例模式详解

yazhouasu 2020-07-19 14:34 原文

单例模式

认识单例模式

什么是单例模式

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就够了，这时就会使用到单例模式。3.1.2 单例模式的八种方式
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

八种方式详解

饿汉式（静态常量）

代码演示：

public class SingletonTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//饿汉式（静态常量）
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 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;
    }
}

优缺点说明：

  • 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，没有达到懒加载的效果，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（或者其他静态方法）导致类加载，这时候初始化instance就没有达到懒加载的效果。
  • 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）

代码演示：

public class SingletonTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//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、静态代码块
    private static Singleton instance;

    static {
        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;
    }
}

优缺点说明：

  • 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，就执行静态代码快中的代码，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，但是可能造成内存浪费。

懒汉式（线程不安全）

代码演示：

public class SingletonTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

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

优缺点说明：

  • 起到了懒加载的效果，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。
  • 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）

代码演示：

public class SingletonTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

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

    private 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 (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

  • 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的时候，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；
  • 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）

代码演示：

public class SingletonTest5 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//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) {
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

说明：

  • 看似线程安全，但不一定安全。
  • 结论：不推荐使用。

双重检查

代码演示：

public class SingletonTest6 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

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

    private Singleton() {
    }

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

优缺点说明：

  • 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，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if(singleton==null)，直接reeturn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

代码演示：

public class SingletonTest7 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//静态内部类
class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性Singleton
    private static class singleInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //提供一个静态的公有方法，直接返回对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return singleInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点说明：

  • 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，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；
  • 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；
  • 结论：推荐使用

枚举

代码演示：

public class SingletonTest8 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance2);
        instance.sayOK();
    }
}

//使用枚举，可以实现单例
enum Singleton {
    INSTANCE;//属性

    public void sayOK() {
        System.out.println("ok");
    }
}

优缺点说明：

  • 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；
  • 结论：推荐使用

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得对象的方法，而不是使用new；
  • 单例模式使用场景：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）。

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