Java设计模式之单例模式

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设计模式
发布日期:   2022-05-13
更新日期:   2022-05-14
文章字数:   2.2k
阅读时长:   8 分

概述

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）。

单例模式的八种方式

  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

饿汉式（静态常量）

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。

Runtime源码

饿汉式（静态代码块）


public class SingletonTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}
// 单例模式：饿汉式(静态代码块)
class Singleton{
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }
    // 静态代码块
    private final static Singleton instance;
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    // 提供一个公共的静态方法，返回本类的实例
    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）


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

// 单例模式：懒汉式(线程不安全)
class Singleton {
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }

    // 本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;

    // 提供一个公共的静态方法，当使用到类的时候，才会自动创建一个对象实例
    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）


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

// 单例模式：懒汉式(线程安全)
class Singleton {
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }

    // 本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;

    // 提供一个公共的静态方法，当使用到类的时候，才会自动创建一个对象实例
    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，同步方法）


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

// 单例模式：懒汉式（线程安全，同步代码块）
class Singleton {
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }

    // 本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;

    // 提供一个公共的静态方法，当使用到类的时候，才会自动创建一个对象实例
    public static  Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            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 == 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-
  • 结论：在实际开发中，不能使用这种方式

双重检查


public class SingletonTest06 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

// 单例模式：双重检查（线程安全，同步方法）
class Singleton {
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }

    // 本类内部创建一个对象实例
    private static volatile Singleton instance;

    // 提供一个公共的静态方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题，同时也解决了懒加载问题,也保证了效率
    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


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

// 单例模式：静态内部类
class Singleton {
    // 构造器私有化
    public Singleton() {
    }

    // 静态内部类 有静态属性 Singleton
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }


    // 提供一个公共的静态方法，直接返回SingletonInstance.instance
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.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


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

// 单例模式：枚举
enum Singleton {
    INSTANCE;

    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）。

文章均总结自尚硅谷Java设计模式,不是原创，算是转载

文章作者: shaoshaossm
文章链接: https://shaoshaossm.github.io/2022-05-13-java-she-ji-mo-shi-zhi-dan-li-mo-shi.html
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