单例模式的使用总结

目录

一、单例模式的定义和应用场景

（一）定义及基本要点

（二）应用场景

二、饿汉式单例模式

（一）基本代码展示分析

（二）基本分析和建议

三、懒汉式单例模式（双重检查锁）

（一）基本代码展示分析

（二）基本分析和建议

四、静态内部类实现单例模式

（一）基本代码展示分析

（二）基本分析和建议

五、注册式单例模式

（一）枚举式单例模式代码及分析：（Effective Java推荐单例模式）

（二）容器式单例模式代码及分析：（适用于实例非常多的情况，便于管理，但是是非线程安全的）

参考书籍、文献和资料

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一、单例模式的定义和应用场景

（一）定义及基本要点

单例模式是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例，并提供一个全局访问点。

该模式有三个基本要点：

• 一是这个类只能有一个实例；
• 二是它必须自行创建这个实例；
• 三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

（二）应用场景

应用场景：J2EE中的ServlertContext、SerletContextConfig等、Spring框架应用中的ApplicationContext、数据库连接池等。

二、饿汉式单例模式

（一）基本代码展示分析

/**
 * 描述：饿汉式单例模式
 * 优点：没有任何锁，执行效率高，用户体验比懒汉式单例模式更好
 * 缺点：类加载的时候就初始化，不管用不用都占内存空间
 * 建议：适用于单例模式较少的场景
 *      如果我们在程序启动后，一定会加载到类，那么用饿汉模式实现的单例简单又实用；
 *      如果我们是写一些工具类，则优先考虑使用懒汉模式，可以避免提前被加载到内存中，占用系统资源。
 *
 * @author yanfengzhang
 * @date 2020-01-02 20:39
 */
public class HungrySingleton {
    private final static HungrySingleton HUNGRY_SINGLETON = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton() {
    }

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return HUNGRY_SINGLETON;
    }
}

（二）基本分析和建议

优点：没有任何锁，执行效率高，用户体验比懒汉式单例模式更好
缺点：类加载的时候就初始化，不管用不用都占内存空间
建议：

• 适用于单例模式较少的场景
• 如果我们在程序启动后，一定会加载到类，那么用饿汉模式实现的单例简单又实用；
• 如果我们是写一些工具类，则优先考虑使用懒汉模式，可以避免提前被加载到内存中，占用系统资源。

三、懒汉式单例模式（双重检查锁）

（一）基本代码展示分析

/**
 * 描述：懒汉式单例模式---双重检查锁
 * 相比单锁而言，双重检查锁性能上虽然有提升，但是依旧用到了synchronized关键字总归要上锁，对程序性能还是存在一定的性能影响
 * 不算最优--存在优化空间
 *
 * 建议：如果我们在程序启动后，一定会加载到类，那么用饿汉模式实现的单例简单又实用；
 *      如果我们是写一些工具类，则优先考虑使用懒汉模式，可以避免提前被加载到内存中，占用系统资源。
 *
 * @author yanfengzhang
 * @date 2020-01-02 20:53
 */
public class LazyDoubleCheckSingleton {
    /**
     * volatile 关键字可以保证线程间变量的可见性，还有一个作用就是阻止局部重排序的发生
     */
    private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = null;

    private LazyDoubleCheckSingleton() {
    }

    public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
        if (null == lazyDoubleCheckSingleton) {
            synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
                if (null == lazyDoubleCheckSingleton) {
                    lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return lazyDoubleCheckSingleton;
    }
}

（二）基本分析和建议

相比单锁而言，双重检查锁性能上虽然有提升，但是依旧用到了synchronized关键字总归要上锁，对程序性能还是存在一定的性能影响。注意里面volatile的使用！！！

建议：

• 如果我们在程序启动后，一定会加载到类，那么用饿汉模式实现的单例简单又实用；
• 如果我们是写一些工具类，则优先考虑使用懒汉模式，可以避免提前被加载到内存中，占用系统资源。

四、静态内部类实现单例模式

（一）基本代码展示分析

/**
 * 描述：屏蔽饿汉式单例模式的内存浪费问题和双重检查锁中synchronized的性能问题
 * 避免因为反射破坏单例
 *
 * @author yanfengzhang
 * @date 2020-01-02 21:08
 */
public class LazyInnerClassSingleton {
    /**
     * 使用LazyInnerClassSingleton的时候会先默认初始化换内部类
     * 如果没有使用，则内部类是不加载的
     */
    private LazyInnerClassSingleton() {
        /*为了避免反射破坏单例，需要在构造方法中增加限制，一旦出现多次重复创建，直接抛出异常*/
        if (null != Lazyholder.LAZY_INNER_CLASS_SINGLETON) {
            throw new RuntimeException("创建LazyInnerClassSingleton异常，不允许创建多个实例！");
        }
    }

    /**
     * 每一个关键字都不是多余的，static是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被重写、重载
     */
    public static final LazyInnerClassSingleton getInstance() {
        /*在返回结果前，一定会先加载内部类*/
        return Lazyholder.LAZY_INNER_CLASS_SINGLETON;
    }

    /**
     * 默认不加载
     */
    private static class Lazyholder {
        private static final LazyInnerClassSingleton LAZY_INNER_CLASS_SINGLETON = new LazyInnerClassSingleton();
    }
}

（二）基本分析和建议

屏蔽饿汉式单例模式的内存浪费问题和双重检查锁中synchronized的性能问题，同时考虑避免因为反射破坏单例问题。

相对而言性能最好！

五、注册式单例模式

注册式单例模式/登记式单例模式，将每个实例都登记到一个地方，使用唯一的标识获取单例。

注册单例模式有两种：枚举式单例模式+容器式单例模式

（一）枚举式单例模式代码及分析：（Effective Java推荐单例模式）

/**
 * 描述：注册式单例模式/登记式单例模式，将每个实例都登记到一个地方，使用唯一的标识获取单例。
 * 注册单例模式有两种：枚举式单例模式+容器式单例模式
 * 此为枚举式单例模式---Effective Java推荐单例模式
 *
 * @author yanfengzhang
 * @date 2020-01-03 09:59
 */
public enum EnumSingleton {
    /*枚举式单例模式*/
    INSTANCE;

    private Object data;

    public Object getData() {
        return data;
    }

    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }

    public static EnumSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

（二）容器式单例模式代码及分析：（适用于实例非常多的情况，便于管理，但是是非线程安全的）

/**
 * 描述：注册式单例模式/登记式单例模式，将每个实例都登记到一个地方，使用唯一的标识获取单例。
 * 注册单例模式有两种：枚举式单例模式+容器式单例模式
 * 建议：容器式单例模式适用于实例非常多的情况，便于管理，但是是非线程安全的。
 *
 * @author yanfengzhang
 * @date 2020-01-03 10:51
 */
public class ContainerSingleton {
    private ContainerSingleton() {
    }

    private static Map ioc = new ConcurrentHashMap<>();

    public static Object getBean(String className) {
        synchronized (ioc) {
            if (ioc.containsKey(className)) {
                return ioc.get(className);
            }
            Object obj = null;
            try {
                obj = Class.forName(className).newInstance();
                ioc.put(className, obj);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return obj;
        }
    }
}

 

参考书籍、文献和资料

1.《Sring 5 核心原理与30个类手写实战》，谭勇徳，中国公信出版社，2019.

2.极客时间课程《Java性能调优实战》，刘超，2019.