1.1 单例模式介绍
所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,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(静态方法)。
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,这是就会使用到单例模式。
单例模式八种方式
- 饿汉式 ( 静态常量 )
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全,同步方法)
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)
- 双重检查
- 静态内部类
- 枚举
1.2 饿汉式(静态常量)
应用实例
步骤如下:
- 构造器私有化 (防止 new)
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法
getInstance
代码实现
public class SingletonDemo01 { public static void main(String[] args) { Singleton01 instance01 = Singleton01.getInstance(); Singleton01 instance02 = Singleton01.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 饿汉式--静态常量 */ class Singleton01 { // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton01() { } // 2.定义静态变量 public final static Singleton01 instance = new Singleton01(); // 3.向外暴露一个静态方法 public static Singleton01 getInstance() { return instance; } }
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 LazyLoading 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。
- 这种方式基于 classloder 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 instance 就没有达到 lazyloading 的效果。
- 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费。
1.3 饿汉式(静态代码块)
应用实例
public class SingletonDemo02 {
public static void main(String[] args) {
Singleton02 instance01 = Singleton02.getInstance();
Singleton02 instance02 = Singleton02.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 饿汉式--静态代码块
*/
class Singleton02 {
// 1.构造方法私有化,外部不能 new
private Singleton02() {
}
// 2.定义静态变量
public static Singleton02 instance;
// 3.静态代码块
static {
instance = new Singleton02();
}
// 4.向外暴露一个静态方法
public static Singleton02 getInstance() {
return instance;
}
}
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。优缺点和上面是一样的。
- 结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费。
1.4 懒汉式(线程不安全)
应用实例
public class SingletonDemo03 {
public static void main(String[] args) {
Singleton03 instance01 = Singleton03.getInstance();
Singleton03 instance02 = Singleton03.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程不安全
*/
class Singleton03 {
// 1.构造方法私有化,外部不能 new
private Singleton03() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton03 instance;
// 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance
public static Singleton03 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton03();
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 起到了 LazyLoading 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,造成线程不安全,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.
1.5 懒汉式(线程安全,同步方法)
应用实例
public class SingletonDemo04 {
public static void main(String[] args) {
Singleton04 instance01 = Singleton04.getInstance();
Singleton04 instance02 = Singleton04.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程安全
*/
class Singleton04{
// 1.构造方法私有化,外部不能 new
private Singleton04() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton04 instance;
// 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance
// 4.加入 synchronized 关键字,解决线程不完全问题
public static synchronized Singleton04 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton04();
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 解决了线程安全问题。
- 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。
1.6 懒汉式(线程安全,同步代码块)
应用实例
public class SingletonDemo05 {
public static void main(String[] args) {
Singleton05 instance01 = Singleton05.getInstance();
Singleton05 instance02 = Singleton05.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程安全--同步代码块
*/
class Singleton05{
// 1.构造方法私有化,外部不能 new
private Singleton05() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton05 instance;
// 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance
// 4.使用同步代码块
public static Singleton05 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton05.class) {
instance = new Singleton05();
}
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 结论:在实际开发中,不能使用这种方式。
1.7 双重检查
应用实例
public class SingletonDemo06 {
public static void main(String[] args) {
Singleton06 instance01 = Singleton06.getInstance();
Singleton06 instance02 = Singleton06.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 双重检查
*/
class Singleton06 {
// 1.构造方法私有化,外部不能直接 new
private Singleton06 () {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton06 instance;
// 3.提供静态方法,供外部调用
// 4.使用双重检查,即实现了懒加载的效果,又保证了线程安全,推荐使用
public static Singleton06 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton06.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton06();
}
return instance;
}
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 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。 - 这样,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。 - 线程安全、延迟加载、效率较高。
- 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式。
1.8 静态内部类
应用实例
public class SingletonDemo07 {
public static void main(String[] args) {
Singleton07 instance01 = Singleton07.getInstance();
Singleton07 instance02 = Singleton07.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 使用静态内部类的方式实现单例模式
*/
class Singleton07 {
// 1.构造方法私有化,外部不能直接 new
private Singleton07() {
}
// 2.创建一个静态内部类
private static class Singleton07Instance {
private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07();
}
// 3.创建一个静态方法,供外部调用
// 4.JVM 在加载类的时候不会加载静态内部类,在使用到静态内部类的时候才会加载,这样既保证了懒加载的效果,又保证了线程安全
public static Singleton07 getInstance() {
return Singleton07Instance.INSTANCE;
}
}
优缺点说明
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 结论:推荐使用。
1.9 枚举
应用实例
public class SingletonDemo08 {
public static void main(String[] args) {
Singleton08 instance01 = Singleton08.INSTANCE;
Singleton08 instance02 = Singleton08.INSTANCE;
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 使用枚举的方式实现单例模式
*/
enum Singleton08 {
INSTANCE;
}
优缺点说明
- 这借助 JDK 1.5 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。
- 这种方式是 EffectiveJava 作者 JoshBloch 提倡的方式。
- 结论:推荐使用。
1.10 单例模式在JDK应用的源码分析
- JDK 中,
java.lang.Runtime
就是经典的单例模式(饿汉式) 代码分析 + Debug 源码 + 代码说明
public class Runtime { // 使用静态常量的方式实现单例模式 private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); /** * Returns the runtime object associated with the current Java application. * Most of the methods of class
Runtime
are instance * methods and must be invoked with respect to the current runtime object. * * @return theRuntime
object associated with the current * Java application. */ public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime; } /** Don't let anyone else instantiate this class */ private Runtime() {} }
1.11 单例模式注意事项和细节说明
- 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。
- 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。
- 单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时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)。