【学习笔记】设计模式——单例模式

单例模式

什么是单例模式？

单例模式指，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，并且该类肢体东一个取得其对象实例的方法（静态方法）
e.g. ： Hibernate中的Session Factory。 它否则创建Session对象，一个项目通常只需要一个SessionFactory就够。

饿汉式——静态常量

1. 构造器私有化（使用 private， 防止 new）
2. 类的内部创建实例对象，用final 和 static 关键词修饰
3. 向外暴露一个静态的公共方法 （getInstance）

//饿汉式（静态常量）

class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     private Singleton(){}
     //2. 本类内部创建对象实例
     private final static Singleton instance = new Singleton();
     //3. 对外提供一个公有的静态方法，返回实例对象
     public static Singleton getInstance() {
           return instance;
     }
}

对于一个final变量，如果是基本数据类型的变量，则其数值一旦在初始化之后便不能更改；如果是引用类型的变量，则在对其初始化之后便不能再让其指向另一个对象。

优点

• 写法简单，在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题

缺点

• 在类装载的时候完成实例化，没有达到 懒加载的效果，如果从始至终未使用过这个类，则会造成内存的浪费

饿汉式——静态代码块

相较于静态常量的方式，把类的实例化放在了静态代码块中

//饿汉式(静态代码块)
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     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. 对外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

• 优缺点和静态常量的方式一样，只不过把类的实例化放在了静态代码块中

懒汉式——线程不安全

• 构造器私有化，防止new
• 提供一个静态的公有方法，当使用该方法时，才去创建 instance

//懒汉式—线程不安全
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     private Singleton(){}
     private static Singleton instance;   
     //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，创建instance。
     //即懒汉式
     //加入了同步代码，解决线程安全问题
     public static Singleton getInstance() {
           if(instance == null) {
                instance = new Singleton();
           }
           return instance;
     }
}

优缺点

• 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用
• 在多线程下，一个线程进入了 if(instance == 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，这是会产生多个实例。因此在实际开发中不能使用

懒汉式——线程安全，同步方法

• 加入同步代码， synchronized 关键词， getInstance() 加入同步代码

//懒汉式——线程安全
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     private Singleton(){}
     private static Singleton instance;   
     //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，创建instance。
     //即懒汉式
     //加入了同步代码，解决线程安全问题
     public static synchronized Singleton getInstance() {
           if(instance == null) {
                instance = new Singleton();
           }
           return instance;
     }
}

优缺点

• 解决了线程安全问题
• 效率低，每个线程在获得类的实例时候，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

懒汉式——同步代码块

//懒汉式
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     private Singleton(){}
     private static  Singleton instance;     
     public static Singleton getInstance() {
           if(instance == null) {
                //同步代码块
                synchronized (Singleton.class) {
                     if(instance == null) {
                           instance = new Singleton();
                     }
                }
           }
           return instance;
     }
}

优缺点

• 这种方式本意是改进同步方法效率太低的问题
• 但是这种方法并不能起到线程同步的作用，如果一个线程进入了 if(instance == 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，这是便会产生多个实例

双重检查——推荐使用

1. 使用 volatile 关键词，轻量级的同步，被volatile关键字修饰的变量，如果值发生了变更，其他线程立马可见，避免出现脏读的现象。
2. 同步方法和同步代码块内都进行 if(instance == null) 的检查。

volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制。Java 语言包含两种内在的同步机制：同步块（或方法）和 volatile 变量，相比于synchronized（synchronized通常称为重量级锁），volatile更轻量级，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。但是volatile 变量的同步性较差（有时它更简单并且开销更低），而且其使用也更容易出错。

//双重检查
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     private Singleton(){}
     private static volatile Singleton instance;     
     //提供一个静态的公有方法，加入双重检测代码，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题。
     //同时保证了效率
     public static synchronized Singleton getInstance() {
           if(instance == null) {
                synchronized (Singleton.class) {
                     if(instance == null) {
                           instance = new Singleton();
                     }
                }
           }
           return instance;
     }
}

优缺点

• Double-Check 概念在多线程开发中常使用的
• 线程安全，延迟加载，效率较高

静态内部类——推荐使用

• 构造器私有化
• 写一个静态内部类，该类中有一个静态属性 Singleton
• 提供一个静态的公有方法，直接返回 静态内部类的静态属性

静态内部类的特点

• 在外部类装载的时候，静态内部类不进行装载
• JVM在装载类的时候是线程安全的

//静态内部类实现单例模式
class Singleton {
     //1. 构造器私有化，外部不能new
     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();

     }
     //提供一个静态公有方法，直接返回SinletonInstance.INSTANCE
     public static synchronized Singleton getInstance() {
           return SingletonInstance.INSTANCE;
     }
}

优缺点

• 这种方式采用了类装载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 类被加载时并不会立即实例化， 而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载静态内部类，从而完成 Singleton 的实例化
• 类的静态属性指挥在第一次加载的类的时候初始化，所以JVM保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程时无法进入的。
• 保证了线程安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

枚举——推荐使用

enum Singleton {
     INSTANCE; //属性
     public void sayOK() {
           System.out.println("ok,,,");
     }
}

优缺点

• 借助JDK1.5中添加的美剧来实现单例模式。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。

单例模式总结

• 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队形的方法，而不是new
• 什么时候使用单例模式
  • 需要频繁的进行创建和销毁对象
  • 创建对象时耗时过多或者耗费资源过多（即：重量级对象），但又经常用到的对象
  • 工具类对象
  • 频繁访问数据库或者文件对象（比如数据源，session工厂等）