01.Java设计模式之~ 单例模式

01.Java语言设计模式之~ 单例模式

设计模式

       将设计者的思维融入大家的学习和工作中，更高层次的思考!

创建型模式

       单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式

       适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模 式

行为型模式

       模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模 式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式。

单例模式

核心作用：

       保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。

常见应用场景：

           Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式
           windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
           项目中，读取配置文件的类，一般也只有一个对象。没有必要每次使用配置文件数据，每次new一个对象去读取。
           网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
            应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作 ，否则内容不好追加。
            数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。
            操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。
            Application 也是单例的典型应用（Servlet编程中会涉及到）
           在Spring中，每个Bean默认就是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理
           在servlet编程中，每个Servlet也是单例
           在spring MVC框架/struts1框架中，控制器对象也是单例

单例模式的优点：

           由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要 比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动 时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决
           单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化环共享资源访问，例如可以设计 一个单例类，负责所有数据表的映射处理

常见的五种单例模式实现方式：

主要：

            饿汉式（线程安全，调用效率高。 但是，不能延时加载。）
            懒汉式（线程安全，调用效率不高。 但是，可以延时加载。）

其他:

            双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题。不建议使用）
            静态内部类式(线程安全，调用效率高。 但是，可以延时加载)
           枚举单例(线程安全，调用效率高，不能延时加载)

饿汉式实现（单例对象立即加载）

public class SingletonDemo1 {
	//类初始化时立即加载这个对象(没有延时加载的优势),加载类时,天然是线程安全的!
	private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
	//-------私有构造器-------
	private SingletonDemo1() {
		
	}//-------方法没有同步,调用效率高-------
	public static SingletonDemo1 getInstance() {
		return instance;
	}
}

         饿汉式单例模式代码中，static变量会在类装载时初始化，此时也不会涉及多个线程对象访问该对象的问 题。虚拟机保证只会装载一次该类，肯定不会发生并发访问的问题。因此，可以省略synchronized关键字。

问题：如果只是加载本类，而不是要调用getInstance()，甚至永远没有调用，则会造成资源浪费！

懒汉式实现（单例对象立即加载）

public class SingletonDemo2 {
	//-------类初始化时,不初始化这个对象(延时加载，真正用到时再创建)-------
	private static SingletonDemo2 instance;
	//-------私有构造器-------
	private SingletonDemo2() {
		
	}//-------方法同步,调用效率低-------
	public static synchronized SingletonDemo2 getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new SingletonDemo2();
		}
		return instance;
	}
}

双重检测锁实现

public class SingletonDemo3 {
	private static SingletonDemo3 instance = null; 
	  public static SingletonDemo3 getInstance() { 
		  if (instance == null) {
			  SingletonDemo3 sc;
			  synchronized (SingletonDemo3.class) {
				  sc = instance;         
				  if (sc == null) {
					  synchronized (SingletonDemo3.class) {
						  if(sc == null) {
							  sc = new SingletonDemo3();
							  }
						  }
					  instance = sc;
					  }
				  }
			  }
		  return instance;
		  } 
	  private SingletonDemo3() { 
		  
	  }   
}

         这个模式将同步内容下方到if内部，提高了执行的效率 不必每次获取对象时都进行同步，只有第一次才同步 创建了以后就没必要了。

问题:由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因， 偶尔会出问题。不建议使用

静态内部类实现方式(也是一种懒加载方式)

public class SingletonDemo4 {
	private static class SingletonClassInstance{
		private static final SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4(); 
	}
	
	private SingletonDemo4() {
		
	}
	
	public static SingletonDemo4 getInstance() {
		//返回内部类的实例
		return SingletonClassInstance.instance;
	}
}

要点：

         外部类没有static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象。
         只有真正调用getInstance(),才会加载静态内部类。加载类时是线程 安全的。 instance是static final 类型，保证了内存中只有这样一个实例存在，而且只能被赋值一次，从而保证了线程安全性.
         兼备了并发高效调用和延迟加载的优势！

通过枚举实现单例模式

public enum SingletonDemo5 {
	//这个枚举元素,本身就是单例对象
	INSTANCE;
	//添加自己需要的操作
	public void singletonOperation() {
		
	}
}

优点：
         实现简单 – 枚举本身就是单例模式。由JVM从根本上提供保障！避免通过反射和反序列化的漏洞！
缺点：
        无延迟加载

常见的五种单例模式在多线程环境下的效率测试

        只要关注相对值即可。在不同的环境下不同的程序测得值完全不一样

CountDownLatch

        同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一 个或多个线程一直等待。 • countDown() 当前线程调此方法，则计数减一(建议放在 finally里执行)
        await()， 调用此方法会一直阻塞当前线程，直到计时器的值为0

总结:

        常见的五种单例模式实现方式

主要：

        饿汉式（线程安全，调用效率高。 但是，不能延时加载。）

        懒汉式（线程安全，调用效率不高。 但是，可以延时加载。）

其他:

        双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题。不建议使用）

        静态内部类式(线程安全，调用效率高。 但是，可以延时加载)

        枚举式(线程安全，调用效率高，不能延时加载。并且可以天然的防止反射和反序列 化漏洞！)

如何选用?

        单例对象 占用 资源 少，不需要 延时加载：
                枚举式 好于 饿汉式

        单例对象 占用 资源 大，需要 延时加载：

                静态内部类式 好于 懒汉式