设计模式二：单例

设计模式二：单例

1.定义

单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

2.单例模式的优点和缺点

单例模式的优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。
• 可以避免对资源的多重占用。
• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

单例模式的缺点：

• 单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。
• 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。
• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。

3.实现方式

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

3.1 饿汉式(静态常量)

/**
 * 一、饿汉式(静态常量)
 * 优点：类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题；
 * 缺点：没有达到 Lazy Loading 的效果
 */
public class Singleton1 {

    // 2.本类内部创建对象实例
    private final static Singleton1 instance = new Singleton1();

    // 1.构造器私有化
    private Singleton1(){
    }

    // 3.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public Singleton1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

3.2 饿汉式（静态代码块）

/**
 * 二、饿汉式(静态代码块)
 * 优点：类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题；
 * 缺点：没有达到 Lazy Loading 的效果
 */
public class Singleton2 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton2(){
    }

    // 2.本类内部声明
    private final static Singleton2 instance;

    //3.在静态代码块中，创建单例对象
    static { 
        instance = new Singleton2();
    }

    // 4.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public Singleton2 getInstance(){
        return instance;
    }
}

3.3 懒汉式(线程不安全)

/**
 * 三、懒汉式(线程不安全)
 * 优点：起到了 Lazy Loading 的效果；
 * 缺点：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
 */
public class Singleton3 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton3() {
    }

    // 2.本类内部声明
    private static Singleton3 instance;

    //3.提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    public static Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }
}

3.4 懒汉式(线程安全，同步方法)

/**
 * 4 懒汉式(线程安全，同步方法)
 * 优点：解决了线程安全问题；
 * 缺点：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
 */
public class Singleton4 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton4() {
    }

    // 2.本类内部声明
    private static Singleton4 instance;

    // 3.提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    // 4.加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton4 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

3.5 懒汉式(线程安全，同步代码块)

/**
 * 5 懒汉式(线程安全，同步代码块)
 * 优点：解决了线程安全问题；
 * 缺点：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
 */
public class Singleton5 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton5() {
    }

    // 2.本类内部声明
    private static Singleton5 instance;

    // 3.提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    // 4.加入同步处理的代码，解决线程安全问题,同步的是代码块
    public static Singleton5 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton5.class) {
                instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

3.6 双重检查

/**
 * 6 双重检查
 * 优点：线程安全；延迟加载；效率较高；
 * 缺点：#
 * 推荐使用
 */
public class Singleton6 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton6() {
    }

    // 2.本类内部声明 volatile
    private static volatile  Singleton6 instance;

    // 3.提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
    // 4.加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static Singleton6 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton6.class) {
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton6();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3.7 静态内部类

/**
 * 7 静态内部类
 * 优点：采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程；
 * 缺点：#
 * 推荐使用
 */
public class Singleton7 {

    // 1.构造器私有化
    private Singleton7() {
    }

    // 2.本类内部声明
    private static  Singleton7 instance;

    // 3. 写一个静态内部类,该类中有一个静态属性
     private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
    }

    // 4.提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    public static  Singleton7 getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

3.8 枚举

/**
 * 8 枚举
 * 优点：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；
 * 缺点：#
 * 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch  提倡的方式
 */
public enum Singleton8 {
    INSTANCE; //属性

    public void sayOK() {
        System.out.println("ok~");
    }
}

public class Singleton8Test {
    public static void main(String[] args) {
         Singleton8 instance = Singleton8.INSTANCE;
         Singleton8 instance2 = Singleton8.INSTANCE;
        instance.sayOK();
        instance2.sayOK();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

4.单例模式应用场景

• 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少 GC。
• 某类只要求生成一个对象的时候。
• 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用。
• 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例，则系统会完全乱套。
• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。