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设计模式之单例模式

网友: 文档中心 2022-04-06 20:00:46

1、简介

​ 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)。

2、创建单例模式的方法（8种）

  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. 懒汉式（双重检查机制）
  7. 静态内部类
  8. 枚举

3、饿汉式（静态常量）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton {    // 本类内部创建对象实例并私有化    private static final Singleton singleton = new Singleton();    // 私有化构造函数，防止外部new对象    private Singleton(){}    // 提供给外部一个调用对象实例的方法    public static Singleton getInstance(){ return singleton;    }}

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

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，singleton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

结论： 这种单例模式可用，但可能造成内存浪费

4、饿汉式（静态代码块）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton{    // 本类内部创建对象实例    private static Singleton singleton ;    // 私有化构造函数，防止外部new对象    private Singleton(){} // 在静态代码块中，创建单例对象    static { singleton = new Singleton();    }    // 提供一个公有的静态方法，返回实例对象    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。

结论： 这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

5、懒汉式（线程不安全）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton{    // 本类内部创建对象实例    private static Singleton singleton ;    private Singleton(){}    // 提供一个公有的静态方法，返回实例对象    public static Singleton getInstance() { // 如果singleton还没有创建对象 if (singleton == null) {     // 创建单例对象     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

结论： 在实际开发中，不要使用这种方式

6、懒汉式（线程安全，同步方法版）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton{    // 本类内部创建对象实例    private static Singleton singleton ;    private Singleton(){}    // 提供一个公有的静态方法，返回实例对象 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;    }}

解决了线程不安全问题

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

结论： 在实际开发中，不推荐使用这种方式

7、懒汉式（线程安全，同步代码块版）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton{    // 本类内部创建对象实例    private static Singleton singleton ;    private Singleton(){}    // 提供一个公有的静态方法，返回实例对象 加入同步处理的代码，解决线程安全问题    public static Singleton getInstance() { synchronized (Singleton.class){     if (singleton == null) {  singleton = new Singleton();     }     return singleton; }    }}/*class Singleton{    private static Singleton singleton ;    private Singleton(){}    此种加锁方式并没有解决线程问题，再多线程运行期间，可能会发生多个线程同时进入到if语句中，创建多个对象    public static getInstance() {     if (singleton == null) {  synchronized (Singleton.class){      singleton = new Singleton();  }     }     return singleton;    }}*/

这种方式，实质和同步方法版的类似。

8、懒汉式（双重检查机制）

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class Singleton{    // 本类内部创建对象实例    private static volatile Singleton singleton ;    private Singleton(){}    // 提供一个公有的静态方法，返回实例对象 加入双重检查机制，解决线程安全问题    public static synchronized Singleton getInstance() { // 第一次检查对象     if (singleton == null) {  synchronized (Singleton.class){      // 得到锁后，再次检查对象是否被创建，若已被创建，则什么也不做      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。

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.

优点： 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

9、静态内部类方式

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}class 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 Singleton    private static class SingletonInstance { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();    }    //提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE    public static synchronized Singleton getInstance() { return SingletonInstance.INSTANCE;    }}

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。

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

10、枚举方式

public class SingletonTest01 {    public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE; Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE; System.out.println("instance1的hashCode："+instance1.hashCode()); System.out.println("instance2的hashCode："+instance2.hashCode());      /*      instance1的hashCode：1735600054    instance2的hashCode：1735600054    两个结果的hashCode值相等，为同一个对象      */    }}//使用枚举enum Singleton {    INSTANCE; //属性}

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。

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式

**结论：**推荐使用

JDK中哪里用到了单例模式

java.lang.Runtime便是一个典型的单例模式的应用。

部分源码

 // 创建对象并私有化private static Runtime currentRuntime = new Runtime();    /**     * Returns the runtime object associated with the current Java application.     * Most of the methods of class Runtime are instance     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.     *     * @return  the Runtime object associated with the current     *   Java application.     */// 提供公共方法调用单例对象    public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime;    }    /** Don't let anyone else instantiate this class */    // 不要让任何人实例化这个类private Runtime() {}

从源码中我们可以看出，此处用的是饿汉式的静态常量法创建的单例对象，此处，我们可能会有一个问题：它们难道就不怕上面提到的创建对象，但没有用到的情况而造成内存浪费的问题吗？看一下源码中的解释

/** * Every Java application has a single instance of class  * Runtime that allows the application to interface with * the environment in which the application is running.  */翻译：每个Java应用程序都有一个类实例，Runtime允许应用程序接口应用程序运行的环境。

通过解释我们可以知道，Runtime类是一定会用到的，不会造成内存浪费。

单例模式的最后说明总结

  • 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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