JAVA设计模式之单例模式

JAVA设计模式之单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式 。
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。

要点

• 单例类只能有一个实例
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

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主要解决： 一个全局使用的类被频繁的创建和销毁。
何时使用： 当你想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决： 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建
关键代码： 构造行数是私有的。
优点：
1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如一般网页的头部菜单和尾部导航）。
2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

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实现方式

1.懒汉式，线程不安全

• 是否Lazy 初始化： 是，=>在使用的时候才进行初始化，为Lazy 初始化

• 是否多线程安全： 否，=>因为没有加锁，synchronized

• 实现难度： 易

• 代码demo

   public class LazyModeUnsafeSingleton {
  
   	/** 在类加载的时候创建一次实例 */
   	private static LazyModeUnsafeSingleton instance;
   
   	/** 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 */
   	private LazyModeUnsafeSingleton() {
   	}
   
   	/** 获取唯一可用的对象 */
   	public static LazyModeUnsafeSingleton newInstance() {
   		if (instance == null) {  
   	        instance = new LazyModeUnsafeSingleton();  
   	    }  
   		return instance;
   	}
   
   	public void showMessage() {
   		System.out.println("Hello World!");
   	}
   }
  

2.懒汉式，线程安全

• 是否Lazy 初始化： 是，=>在使用的时候才进行初始化，为Lazy 初始化

• 是否多线程安全： 是，=>加锁，保证同时只有一个线程调用该方法

• 实现难度： 易

• 优点： 第一次调用才初始化，避免内存浪费

• 缺点： 必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率

• 代码 demo

   public class LazyModeSingleton {
  
   	/** 在类加载的时候创建一次实例 */
   	private static LazyModeSingleton instance;
   
   	/** 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 */
   	private LazyModeSingleton() {
   	}
   
   	/** 加锁，保证同时只有一个线程调用该方法，获取唯一可用的对象 */
   	public static synchronized LazyModeSingleton newInstance() {
   		if (instance == null) {  
   	        instance = new LazyModeSingleton();  
   	    }  
   		return instance;
   	}
   
   	public void showMessage() {
   		System.out.println("Hello World!");
   	}
   }
  

3.饿汉式，线程安全

• 是否Lazy 初始化： 否，=>类在装载的时候进行初始化，非Lazy初始化

• 是否多线程安全： 是，=>基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题

• 实现难度： 易

• 优点： 没有加锁，执行效率会提高。

• 缺点： 类加载时就初始化，浪费内存

• 代码demo
  public class HungryModeSingleton {

   	/** 在类加载的时候创建一次实例 */
   	private static HungryModeSingleton instance = new HungryModeSingleton();
   
   	/** 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 */
   	private HungryModeSingleton() {
   	}
   
   	/** 获取唯一可用的对象 */
   	public static HungryModeSingleton newInstance() {
   		return instance;
   	}
   
   	public void showMessage() {
   		System.out.println("Hello World!");
   	}
   }
  

4.双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

• 是否Lazy 初始化： 是，=>类在装载的时候进行初始化，非Lazy初始化

• 是否多线程安全： 是，=>因为有加锁，synchronized

• 实现难度： 较复杂

• 描述： 这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键

• 代码demo

   public class DoubleCheckedLockModeSingleton {
  
   	/** 在类加载的时候创建一次实例 volatile:变量修饰符，直接读写主存 */
   	private volatile static DoubleCheckedLockModeSingleton instance = null;
   
   	/** 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 */
   	private DoubleCheckedLockModeSingleton() {
   	}
   
   	/** 获取唯一可用的对象 */
   	public static DoubleCheckedLockModeSingleton newInstance() {
   		// 为空表示第一次调用该方法
   		if (instance == null) {
   			// 保证并发null进入该方法块的时候，设置锁
   			synchronized (DoubleCheckedLockModeSingleton.class) {
   				if (instance == null) {
   					instance = new DoubleCheckedLockModeSingleton();
   				}
   			}
   		}
   		return instance;
   	}
   
   	public void showMessage() {
   		System.out.println("Hello World!");
   	}
  

  }

5.登记式/静态内部类

• 是否Lazy 初始化： 是，=>类在装载的时候进行初始化，非Lazy初始化

• 是否多线程安全： 是，=>因为没有加锁，synchronized

• 实现难度： 一般

• 描述： 种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
  这种方式同样利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

• 代码demo

   public class StaticModeSingleton {
  
   	private static class StaticModeSingletonHolder{
   		 private static final StaticModeSingleton INSTANCE = new StaticModeSingleton();  
   	}
   
   	/** 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 */
   	private StaticModeSingleton() {
   	}
   
   	/** 获取唯一可用的对象 */
   	public static StaticModeSingleton newInstance() {
   		return StaticModeSingletonHolder.INSTANCE;
   	}
   
   	public void showMessage() {
   		System.out.println("Hello World!");
   	}
  

  }

测试代码

public static void main(String[] args) {

	// 获取唯一可用的对象
	StaticModeSingleton staticModeSingleton = StaticModeSingleton.newInstance();

	// 执行动作
	staticModeSingleton.showMessage();
}

一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式