【设计模式】- 单例模式

本博客源码地址：
https://github.com/suchahaerkang/design-pattern.git

1、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。

2、单例设计模式八种方式

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

3、饿汉式（静态常量）

饿汉式（静态常量）应用实例
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
4）代码实现

代码如下：

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest01 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式一：饿汉式（静态变量）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private final static Singleton singleton = new Singleton();

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

测试结果

优缺点说明：

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

4、饿汉式（静态代码块）

代码演示：

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest02 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式二：饿汉式（静态代码块）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private static Singleton singleton;

    static {
        singleton = new Singleton();
    }

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

测试结果

优缺点说明：

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

5、懒汉式(线程不安全)

代码演示：

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest03 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式三：懒汉式（线程不安全）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private static Singleton singleton;

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }

        return singleton;
    }
}

测试结果

优缺点说明：
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。

6、懒汉式(线程安全，同步方法)

代码演示：

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest04 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式四：懒汉式（线程安全，同步方法）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private static Singleton singleton;

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }

        return singleton;
    }
}

测试结果：

优缺点说明：

1）解决了线程安全问题
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

7、懒汉式(线程安全，同步代码块)

代码演示

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest05 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式五：懒汉式（线程安全，同步代码块）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private static Singleton singleton;

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized(Singleton.class){
                singleton = new Singleton();
            }
        }

        return singleton;
    }
}

测试结果：

8、双重检查

代码演示

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest06 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式六：懒汉式（双重检查）
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    //静态变量
    private static volatile Singleton singleton;

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if (singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }

        return singleton;
    }
}

测试结果：

优缺点说明：

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

9、静态内部类

代码演示：

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest07 {

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

/**
 * @description: 单例模式方式七：静态内部类
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:01
 */
public class Singleton {

    private static class SingletonInstance{
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //构造函数私有化
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

测试结果：

优缺点说明：

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。

10、枚举

代码演示

/**
 * @description:
 * @author: sukang
 * @date: 2020-04-14 9:08
 */
public class SingletonTest08 {

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

/**
 * @author sukang
 * @date 2020/4/14 10:37
 * 

 */
public enum Singleton {

    INSTANCE;//属性
}

测试结果：

优缺点说明：

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

11、单例模式在 JDK 应用的源码分析

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

12、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)