Java实现单例模式

Java实现单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，它的主要目的是确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个唯一的实例。单例模式在多种场景下都非常有用，比如配置管理类、数据库连接池、线程池等。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

饿汉式（静态常量）

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

代码实现

class SingletonEager1  {

    private SingletonEager1() {

    }

    private final static SingletonEager1 instance = new SingletonEager1();

    public static SingletonEager1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点说明

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，是线程安全的。
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）

代码实现

class SingletonEager2 {

    private SingletonEager2() {

    }
    private  static SingletonEager2 instance;
    
    static {
        instance = new SingletonEager2();
    }
    
    public static SingletonEager2 getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

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。

懒汉式(线程不安全)

代码实现

class SingletonLazySafe {
    private static SingletonLazySafe instance;

    private SingletonLazySafe() {

    }
    
    public static SingletonLazySafe getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazySafe();
        }
        return instance;
    }

}

优缺点说明：

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

懒汉式(线程安全，同步方法)

class SingletonLazySafe02{
    private static SingletonLazySafe02 instance;

    private SingletonLazySafe02(){}

    //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
    public static synchronized SingletonLazySafe02 getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonLazySafe02();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

1. 解决了线程不安全问题

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)

代码实现

class SingletonLazySafe03{
    private static SingletonLazySafe03 instance;
    private SingletonLazySafe03(){

    }
    public static SingletonLazySafe03 getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonLazySafe03.class){
                instance = new SingletonLazySafe03();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

1. 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低， 改为同步产生实例化的的代码块

2) 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一 致，假如一个线程进入了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

3. 结论：在实际开发中，不能使用这种方式

双重检查实现

代码实现

class SingletonDoubleCheck {
    private static volatile SingletonDoubleCheck instance;
    private SingletonDoubleCheck(){}

    public static SingletonDoubleCheck getInstance() {
        if (instance == null){
            synchronized (SingletonDoubleCheck.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonDoubleCheck();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

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

代码实现

class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点说明：

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

枚举

代码实现

enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void whateverMethod() {
		System.out.println("ok~"+this.hashCode());
	}
}

优缺点说明：

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，而且还能防止对反射，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

单例在JDK中的应用

java.lang.Runtime类封装了Java运行时环境，每个Java应用程序都运行在一个JVM进程中，而每个JVM进程都对应一个Runtime实例。由于Java是单进程的，因此在JVM中Runtime的实例应该只有一个。JDK通过饿汉式单例模式实现了这一点。在Runtime类被类加载器加载时，其实例就被创建出来了，一般不能实例化一个Runtime对象，但可以通过getRuntime方法获取当前Runtime运行时对象的引用。

/**
 * Every Java application has a single instance of class
 * Runtime that allows the application to interface with
 * the environment in which the application is running. The current
 * runtime can be obtained from the getRuntime method.
 * 

 * An application cannot create its own instance of this class.
 *
 * @author  unascribed
 * @see     java.lang.Runtime#getRuntime()
 * @since   JDK1.0
 */

public class Runtime {
    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  the Runtime object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
 }

单例模式注意事项

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)