Java设计模式-单例模式八种写法及注意事项

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软件系统种，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。

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，这时就会使用到单例模式。

单例模式的八种写法

• 饿汉式（静态常量）可以用
• 饿汉式（静态代码块）可以用
• 懒汉式（线程不安全）不可用
• 懒汉式（线程安全，同步方法）可以用，效率低
• 懒汉式（线程安全，同步代码块）不可用
• 双重检查 （推荐使用）
• 静态内部类 （推荐使用）
• 枚举 （推荐使用）

饿汉式（静态常量）应用实例

步骤如下：
- 构造器私有化（防止 外部new创建实例）
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法
代码示例：

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.hascode="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
    }
}
class Singleton{
    //1、构造器私有化（防止 外部new创建实例）
    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;
    }
}

测试输出：

true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958

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了实例化，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lazy loading的效果。如果从始至终未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
• 这种方式基于classloader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，在单例设计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，这时候初始化的instance就没有达到lazyloading的效果
• 结论：这种单例模式可用，可能会造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

示例:

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.hascode="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    //1、构造器私有化（防止 外部new创建实例）
    private Singleton(){
    }
    //2、本类内部创建对象实例
    private static Singleton instance;
    //3、在静态代码块中，创建单例对象
    static{
        instance=new Singleton();
    }
    //4、提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

测试输出：

true
instance.hascode=1908153060
instance2.hascode=1908153060

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。优缺点和上面一样的。
• 结论：这种单例模式可用，但是可能会造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

示例：

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.hascode="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
    }
}
class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

测试输出：

true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958

优缺点：

• 起到了lazy loading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）

示例：

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.hascode="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    //加入同步处理代码解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

测试输出：

true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958

优缺点说明：

• 解决了线程不安全问题
• 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
• 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式（线程安全，同步代码块）

示例：

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
        	synchronized(Singleton.class){
            	instance=new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

结论：不可取，有可能多个线程同时进入了if(instance==null)中，实际上并非线程安全

懒汉式（双重检查）

class Singleton{
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton(){}
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    //双重检查方式
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance==null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

结论：Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，完美解决了线程安全问题，同时实现了懒加载，效率较高，推荐使用

静态内部类

class Singleton{
	//构造器私有化
    private Singleton(){}
    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性Singleton
    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton Instance=new Singleton();
    }
    //使用静态内部类方式
    public static Singleton getInstance(){
      return SingletonInstance.Instance;
    }
}

优缺点：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

枚举

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());
        System.out.println(instance2.hashCode());
        instance.sayOK();
    }
}
//使用枚举实现单例
enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void sayOK(){
        System.out.println("ok~");
    }
}

优缺点：
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

单例模式在JDK应用源码分析

如java.lang.runtime是一个经典的单例模式。

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）