①单例设计模式

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已于 2022-03-27 15:58:42 修改

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分类专栏： # 设计模式文章标签： java 设计模式 python

于 2022-03-26 21:52:53 首次发布

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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，并且该类只提供二个取得其对象实例的方法。

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。

单例模式有八种方式:

饿汉式(静态常量)
饿汉式(静态代码块)
懒汉式(线程不安全)
懒汉式(线程安全，同步方法)
懒汉式(线程安全，同步代码块)
双重检查
静态内部类
枚举

饿汉式(静态常量)

饿汉式(静态常量)应用实例
步骤如下:

构造器私有化（防止new）
类的内部创建对象
向外暴露-一个静态的公共方法。getInstance

public class Singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 + "\n" + instance2);
    }
}
//饿汉式(静态常量)
class Singleton {
    //1. 构造器私有化（防止new）
    private Singleton() {    }

    //2. 类的内部创建对象
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    //3. 向外暴露-一个静态的公共方法。getInstance
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

在这里插入图片描述

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，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
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)

在静态代码块执行时，创建单例对象

public class Singleton2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 + "\n" + instance2);
    }
}

//饿汉式(静态常量)
class Singleton {
    //1. 构造器私有化（防止new）
    private Singleton() {

    }

    //2. 类的内部创建对象
    private static Singleton instance;
    static {    //在静态代码块中创建单例对象
        instance = new Singleton();
    }

    //3. 向外暴露-一个静态的公共方法。getInstance
    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

懒汉式(线程不安全)

public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Singleton.getInstance());
        System.out.println(Singleton.getInstance());
    }
}

class Singleton{
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    //提供静态的公有方法，当使用到该方法时，才创建instance
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明:

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 == nul)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)

public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Singleton.getInstance());
        System.out.println(Singleton.getInstance());
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    //提供静态的公有方法，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

懒汉式(线程安全，同步代码块)

public class SingletonTest05 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Singleton.getInstance());
        System.out.println(Singleton.getInstance());
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    public static  Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            //提供静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
            synchronized (Singleton.class){
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明:

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
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 == nul)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
结论:在实际开发中，不能使用这种方式

❤双重检查

class Singleton {
    // volatile指其他线程可见
    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 Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {//双重if检查
                    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，如代码虫所示，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.
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

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

    //提供一个静态的公有方法，返回SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance() {
       return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点说明:

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1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

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

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

优缺点说明:

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

单例模式在JDK应用的源码分析

我们JDK中，java.lang. Runtime就是经典的单例模式
代码分析+Debug源码+代码说明

注意

单例模式注意事项和细节说明

单例模式保证了系统内在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)