设计模式之单例模式
文章目录
- 单例设计模式介绍
- 单例设计模式八种方式
-
- 饿汉式（静态常量）
-
- 优缺点说明：
- 饿汉式（静态代码块）
-
- 优缺点说明：
- 懒汉式(线程不安全)
-
- 优缺点说明：
- 懒汉式(线程安全，同步方法)
-
- 优缺点说明：
- 懒汉式(线程安全，同步代码块)
-
- 优缺点说明：
- 双重检查
-
- 优缺点说明：
- 静态内部类
-
- 优缺点说明：
- 枚举
-
- 优缺点说明：
- 单例模式在 JDK 应用
- 单例模式注意事项和细节说明
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。
单例设计模式八种方式
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
饿汉式（静态常量）
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
- 代码展示（无参构造）
package com.lh.singleton.type1;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
- 代码展示（有参构造）
package com.lh.singleton.type1;
//有参构造
public class Singleton2 {
public static void main(String[] args) {
Singleton02 instance = Singleton02.getInstance("张三",23);
Singleton02 instance2 = Singleton02.getInstance("李四",23);
String name = instance.getName();
int age = instance.getAge();
System.out.println(name +" "+ age);
System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode()); //true,可以自己拷贝代码测试，绝对是true，只调用一次，李四根本用不上
}
}
class Singleton02 {
// 1.构造器私有化，外部能new
private static Singleton02 instance;
private String name;
private int age;
//无参构造
private Singleton02() {
}
// 开始有参构造
private Singleton02(String name,int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
public static Singleton02 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton02();
}
return instance;
}
// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
public static Singleton02 getInstance(String name,int age) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton02(name, age);
}
return instance;
}
public void show() { System.out.println("测试一下"); }
public String getName() { return name; }
public void setName(String name) { this.name = name; }
public int getAge() { return age; }
public void setAge(int age) { this.age = age; }
}
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 Lazy Loading 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 lazy loading 的效果
- 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费
饿汉式（静态代码块）
不展示有参构造了，只展示无参构造
package com.lh.singleton.type2;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance;
//静态代码块
static {
instance = new Singleton();
}
// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
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
懒汉式(线程不安全)
package com.lh.singleton.type3;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;
//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() {
//如果instance 变量为null,就创建一个instance对象，否则返回instance对象，确保全局只有一个
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
优缺点说明：
- 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)
package com.lh.singleton.type4;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;
//提供一个静态的公有方法，并加入同步代码块，当使用到该方法时，才去创建 instance
//即懒汉式
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
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
懒汉式(线程安全，同步代码块)
package com.lh.singleton.type5;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;
//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) {
//在静态代码块中判断，有则返回，无则创建
synchronized (Singleton.class) {
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
优缺点说明：
- 和上述一样，不推荐使用
双重检查
package com.lh.singleton.type6;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private static volatile Singleton instance;
//即懒汉式
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
//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
//同时保证了效率, 推荐使用
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
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
静态内部类
代码展示：
package com.lh.singleton.type7;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode());
instance.show();
}
}
class Singleton {
// 1.构造器私有化，外部能new
private Singleton() {
}
// 本类内部创建对象实例
private static volatile Singleton instance;
//静态内部类，该类有一个静态属性Singleton
public static class SingletonInstance {
private final static Singleton instance = new Singleton();
}
//即懒汉式
public static synchronized Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.instance;
}
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
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.
枚举
package com.lh.singleton.type8;
//无参构造
public class Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.INTANCE;
Singleton instance2 = Singleton.INTANCE;
System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode());
instance.show();
}
}
enum Singleton {
INTANCE;
public void show() {
System.out.println("测试一下");
}
}
优缺点说明：
- 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。
- 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
- 结论：推荐使用
单例模式在 JDK 应用
Runtime类就是一个常见的单例模式（饿汉式）
源码图如下：
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)