Java设计模式-单例模式

一、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)。

二、单例模式的八种方式

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

三、实例

3.1 饿汉式（静态常量）

1.步骤

1)构造器私有化 (防止 new )
2)类的内部创建对象
3)向外暴露一个静态的公共方法----getInstance

2.代码实例

//饿汉式（静态常量）
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 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;
    }

    //4.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

3.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。如果从始至终从来使用过这个实例，则会造成内存的浪费
3)总结：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

3.2 饿汉式（静态代码块）

1.代码实例：

//饿汉式(静态代码块)
class Singleton {
//1. 构造器私有化,防止外部直接new
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;
 }
}

2.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

3.3 懒汉式（线程不安全）

1.代码实例

//懒汉式（线程不安全）
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 new
    private Singleton() {}

    //2.创建变量,不在一进来就实例化
    private final static Singleton instance;

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

    //4.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

2.优缺点

1)起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
2)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
3)结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

3.4 懒汉式（线程安全,同步方法）

1.代码实例

//懒汉式（线程安全，同步方法块）
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 new
    private Singleton() {}

    //2.创建变量,不在一进来就实例化
    private final static Singleton instance;

    //3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance==null){
           instance=new Singleton();
       }
       return instance;
    }

    //4.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

2.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

3.5 懒汉式（线程安全,同步代码块）

1.代码实例

//懒汉式（线程安全，同步代码块）
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 new
    private Singleton() {}

    //2.创建变量,不在一进来就实例化
    private final static Singleton instance;

    //3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance==null){
            synchronized(Singleton.class){
                instance=new Singleton();
          }
       }
       return instance;
    }

    //4.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

2.优缺点

结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

3.6 双重检查

1.代码实例

//双重检查
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 new
    private Singleton() {}

    //2.创建变量,不在一进来就实例化
    private static volatile Singleton 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；
    //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;
    }

    //4.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

2.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
注意：第二个if(instance==null)目的是：假如两个线程都进入到了synchronized(Singleton.class)外面，不进来继续判断的话，一个线程new了，另一个线程接着new，就不是单个实例了。
结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

3.7 静态内部类

1.代码实例

//双重检查
public class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 防止外部直接 new
    private Singleton() {}

    //2.创建变量,不在一进来就实例化
    private static volatile Singleton instance;

   //3.写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 INSTANCE

    private static class SingletonInstance {

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    }

    //4.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;
  }

    //5.直接调用：Singleton instance = Singleton.getInstance();
}

2.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.

3.8 枚举

1.代码实例

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~");
  }
}

2.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

四、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)