Design Pattem 详解--单例模式

最新推荐文章于 2025-03-16 17:08:38 发布

§九千七§

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分类专栏： Java Design Pattem 文章标签：设计模式 java

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本文详细介绍了单例设计模式的概念，包括饿汉式、懒汉式、双重检查、静态内部类和枚举等八种实现方式，并分析了各自的优缺点。单例模式能保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，常用于数据源、session工厂等场景。推荐使用静态内部类和枚举实现方式，它们既保证线程安全，又能实现延迟加载。

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单例设计模式
1.概念：
所谓类的单例设计模式，就是采用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）

eg：Hibranate 的 SessionFactory 她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

2.八种单例模式：
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（线程不安全，同步代码块）
6)双重检查
7)静态内部类
8)枚举

3，一般步骤：
           1，构造器私有化
           2，类的内部创建对象
           3，向外暴露一个静态的公共方法 getInstance

1）饿汉式（静态常量）
1.代码实现

 public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}
//饿汉式（静态变量
class Singleton {
    //1.构造器私化，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.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance () {
        return instance;
    }
}

只能获取一个对象，instance 和instance2的地址相同，为同一个实例
           2.：优缺点：
               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，避免了线程同步的问题
               缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的，效果，如果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，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就有很多，因此不能确定有其他的方式（或其他的静态方法）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

2）饿汉式（静态代码块）
代码：

public class SingletonTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance2);
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}
//饿汉式（静态代码块)
class Singleton {
    //1.构造器私化，外部不能new
    private Singleton() {    
    }
    //静态代码块完成对象初始化
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    //2本类内部创建对象实例
    private  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 () {
        return instance;
    }
}

优缺点：和静态常量方式相似，只是将类的实例化的过程方在了静态代码块中，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，优缺点一样
结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

3）懒汉式（线程不安全）

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;
	//3.提供一个公有的静态方法，当要用时才去初始化实例对象
	public static Singleton getInstance () {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：
   优点：起到了lazy loading 的效果，但是只能在单线程下使用
   缺点：如果在多线程下，一个线程进入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，这时就会产生多个实例，所以多线程下不要使用
   结论：在实际开发中，不要使用着这种模式

4 ）懒汉式（线程安全，同步方法）

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;
	//3.提供一个公有的静态方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题，初始化实例对象
	public static synchronized Singleton getInstance () {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：
优点：解决了线程不安全问题
缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例的时候，执行getInstance()方法都要进行同步吧，而其实这个方法执行一次实例化代码就够了，后面想获得该类实例，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

5）懒汉式（线程不安全，同步代码块）

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

优缺点：
   1.这种方式本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面的同步效率太低，改为同步产生的实例化的代码块
   2.但是这种同步并不能起到线程同步的作用，跟第3中实现方式遇到的情形一致，如果在多线程下，一个线程进入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，这时就会产生多个实例，所以多线程下不要使用
   3.结论：在实际开发中不能使用这种方式

6)双重检查

class Singleton {
	private Singleton() {	
	}
	private  static volatile Singleton instance;
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检擦查，解决线程安全问题，同时解决lazy loading问题
	//同时保证了速率
	public static  Singleton getInstance () {
		if(instance == null) {
			synchronized(Singleton.class)	{
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：

1.Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，双重检测可以使代码线程安全

2.这样实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，if判断第一个，直接return 对象，也避免反复进行方法同步

3.线程安全，延迟加载，效率较高

结论：在实际开发中推荐使用这种单例设计模式

7)静态内部类

静态内部类的特点：在类长装载的时候不会立即加载

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

优缺点：

1.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

2.静态内部类方式在Singleton类被加载的时候并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载Singletonstance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，在类进行初始化的时，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.推荐使用
8)枚举

public class Singleton{
    public static void main(String args[]){
    Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
    Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
    System.out.println(instance == instance2);
    }
}

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

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提倡的方法

结论：推荐使用

4.单例模式在JDK中，应用源码分析

1.我们JDK，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式

2.代码+源码