【设计模式】三、概述分类+单例模式

概述

设计模式类型

1. 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式
2. 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式
3. 行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)

单例模式

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
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。

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）

public class SingletonTest01 {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	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;
	}
	
}

优缺点：

1. 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。
2. 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
3. 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
4. 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）

public class SingletonTest02 {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	

	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		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;
	}
	
}

优缺点：

1. 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。
2. 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)

public class SingletonTest03 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式1 ， 线程不安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + 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;
	}
}

懒汉式(线程安全，同步方法)

public class SingletonTest04 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式2 ， 线程安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：

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 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
3. 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)

优缺点：

1. 不推荐使用
2. 线程安全问题无法解决

双重检查

public class SingletonTest06 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("双重检查");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//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
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
			
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：

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. 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.
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

静态内部类

public class SingletonTest07 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	//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(); 
	}
	
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	
	public static synchronized 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。 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。
2. 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。
3. 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
4. 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，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	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 应用的源码分析

java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)

总结

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)