设计模式之单例模式

1.单例模式 实现方式 之 饿汉式（静态常量，线程安全）

package 单例模式.demo01;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 21:27
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 饿汉式（静态常量，线程安全）
 * 优缺点说明
 * （1）优点：写法比较简单，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（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
 * （3）这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，SINGLETON 在类装载时就实例化，在单例模式中大
 * 多数都是调用 getSingleton 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 singleton 就没有达到 lazy loading（懒加载） 的效果
 * （4）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费
 */
public class SingletonDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    // 静态常量
    private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getSingleton() {
        return SINGLETON;
    }
}

2.单例模式 实现方式 之 饿汉式（静态代码块，线程安全）

package 单例模式.demo02;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 21:35
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 饿汉式（静态代码块，线程安全）
 * 优缺点说明
 * （1）这种方式与饿汉式（静态常量）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，优缺点与饿汉式（静态常量）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
 */
public class SingletonDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    // 静态代码块
    static {
        singleton = new Singleton();
    }

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

3.单例模式 实现方式 之 懒汉式（线程不安全）

package 单例模式.demo03;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 21:57
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 懒汉式（线程不安全）
 * 优缺点说明
 * （1）起到了 Lazy Loading（懒加载） 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
 */
public class SingletonDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getSingleton() {
        // 线程不安全
        if(singleton == null) { // 多线程访问时会出现线程安全问题
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

4.单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步方法，线程安全）

package 单例模式.demo04;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 22:06
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步方法，线程安全）
 * 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 getSingleton() 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
 */
public class SingletonDemo04 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    // 线程安全，同步方法
    public static synchronized Singleton getSingleton() {
        if(singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

5.单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步代码块，线程不安全）

package 单例模式.demo05;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 22:13
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步代码块，线程不安全）
 * 不推荐使用
 */
public class SingletonDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getSingleton() {
        if(singleton == null) { // 多线程时在 if 判断会出现线程安全问题
            // 线程不安全，同步代码块
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

6.单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步代码块，双重 if 校验，线程安全）

private static volatile Singleton singleton; // 加 volatile 关键字的解释说明

双重检查加锁并不表示代码百分百一定没有线程安全问题了，因为，这里会涉及到一个指令重排序问题，singleton = new Singleton()
其实可以分为下面的步骤：
（1）申请一块内存空间
（2）在这块空间里实例化对象
（3）singleton的引用指向这块空间地址
指令重排序存在的问题是：
对于以上步骤，指令重排序很有可能不是按上面（1）（2）（3）步骤依次执行的，比如，先执行（1）申请一块内存空间，
然后执行（3）步骤，singleton 的引用去指向刚刚申请的内存空间地址，那么，当它再去执行（2）步骤，判断instance时，
由于instance已经指向了某一地址，它就不会再为null了，因此，也就不会实例化对象了，这就是所谓的指令重排序安全问题，
那么，如何解决这个问题呢？
加上volatile关键字，因为volatile可以禁止指令重排序

package 单例模式.demo06;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 22:19
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 懒汉式（同步代码块，双重 if 校验，线程安全）
 * 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）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
 */
public class SingletonDemo06 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton; // 加 volatile 关键字的解释说明

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getSingleton() {
        // 双重 if 校验，线程安全，同步代码块
        if(singleton == null) { // 一重
            synchronized (Singleton.class) {
                if(singleton == null) { // 二重
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

7.单例模式 实现方式 之 静态内部类（线程安全）

package 单例模式.demo07;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 22:26
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 静态内部类（线程安全）
 * 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，所以不占内存，而是在需要实例化时，调用 getSingleton 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
 */
public class SingletonDemo07 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

class Singleton {
    private Singleton() {

    }

    // 静态内部类
    private static class SingletonInstance {
        private static Singleton singleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getSingleton() {
        return SingletonInstance.singleton;
    }
}

8.单例模式 实现方式 之 枚举（线程安全）

package 单例模式.demo08.单例模式;

/**
 * @Auther: Administrator
 * @Date: 2020/5/6 22:55
 * @Description: 单例模式 实现方式 之 枚举（线程安全）
 * 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
 */
public class SingletonDemo08 {
    public static void main(String[] args) {
        // 枚举在java中与普通类一样，都能拥有字段与方法，而且枚举实例创建是线程安全的，在任何情况下，它都是一个单例，
        // 我们可直接以 Singleton.SINGLETON 的方式调用
        Singleton s1 = Singleton.SINGLETON;
        Singleton s2 = Singleton.SINGLETON;
        System.out.println(s1 == s2); // true
        s1.showName();
        s2.showName();
    }
}

enum Singleton {
    // 枚举
    SINGLETON;

    public void showName() {
        System.out.println(this.name());
    }
}