JavaSE-设计模式/4.设计模式-单列模式【it❤ld】

JavaSE-设计模式/4.设计模式-单列模式

发表于 2020-12-19 | 更新于 2020-12-19

衣带渐宽终不悔。为伊消得人憔悴。

——柳永《蝶恋花》

单列模式

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。

1. 单例模式在 JDK 源码中的应用

/**
*每个Java应用程序都有一个Runtime类的Runtime ，允许应用程序与运行应用程序的环境进行接口。 当前运行时可以*从getRuntime方法获得。
*/
public class Runtime {
    
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** 
    * Don't let anyone else instantiate this class 
    *  不要让任何人实例化此类
    */
    private Runtime() {}
    
    // 一系列方法...
}

2. 单例设计模式七种方式

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)

双重检查

静态内部类

枚举

一、饿汉式( 静态常量)☆

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（可以查看ClassLoader.loadClass()源码得知），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，并且java.lang.Runtime中就是使用此种方法。

// 饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	
	// 1. 构造器私有化, 不要让任何人实例化此类
	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;
	}
	
}

二、饿汉式（静态代码块）☆

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

// 饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 不要让任何人实例化此类
	private Singleton() {
		
	}
	

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

三、懒汉式`(线程不安全,单线程模式下可以使用)`

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.

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;
	}
}

四、懒汉式(线程安全，同步方法)

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;
	}
}

五、双重检查☆

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。


// 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;
	}
}

六、静态内部类

tips:

内部类不能定义static元素(注意不是静态内部类)

了解更多内部类知识…

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。

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。

静态内部类是如何实现懒加载的….

结论：

推荐使用

// 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;
	}
}

七、枚举

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

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok...");
	}
}

3. 测试


public class SingletonTest {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance1 == instance2); // true
		System.out.println("instance1.hashCode=" + instance1.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
        
      /**
      * instance1.getClass().getClassLoader() = sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
      * instance2.getClass().getClassLoader() = sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
      */
      System.out.println("instance1.getClass().getClassLoader() = " + instance1.getClass().getClassLoader());
      System.out.println("instance2.getClass().getClassLoader() = " + instance2.getClass().getClassLoader());
        


      // 枚举实现单列的测试
		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();
	}
}

4. 单例模式细节说明

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)

`☆`

本文作者: DuanChaojie

本文链接: http://www.itbuild.cn/2020/12/19/JavaSE-%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F/4.%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F-%E5%8D%95%E5%88%97%E6%A8%A1%E5%BC%8F/

单列模式

1. 单例模式在 JDK 源码中的应用

2. 单例设计模式七种方式

一、饿汉式( 静态常量)☆

二、饿汉式（静态代码块）☆

三、懒汉式(线程不安全,单线程模式下可以使用)

四、懒汉式(线程安全，同步方法)

五、双重检查☆

六、静态内部类

七、枚举

3. 测试

4. 单例模式细节说明

☆

三、懒汉式`(线程不安全,单线程模式下可以使用)`

`☆`