设计模式-----单例模式-优快云博客

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一、单例模式简介

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。

二、单例模式分类

分类：

饿汉式：饥饿式的创建。在使用前就创建该实例对象（使用static关键字，在类加载的过程就完成实例对象的创建）
懒汉式：懒加载，什么时候使用什么时候创建。在调用该实例对象时候才进行创建。

1、饿汉式

1.1 饿汉式（使用静态变量）

public class Singleton(){

    //静态变量类型的实例，在类加载的时候创建实例对象
    private final static Singleton instance=new Singleton();
    
    //私有化的构造器,防止外部通过new方式创建对象
    private Singleton(){
    }

    //向外暴露公开的调用方法
    public static Singleton(){
        return instance;
    
    }
}

优缺点分析：

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 （懒加载）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，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

1.2 饿汉式（使用静态代码块）

public class Singleton(){

    //静态成员变量
    private final Singleton instance;


    //静态代码块中完成实例对象的创建
    static{
        instance=new Singleton();
    }
    
    //私有化的构造器,防止外部通过new方式创建对象
    private Singleton(){
    }

    //向外暴露公开的调用方法
    public static Singleton(){
        return instance;
    
    }
}

优缺点分析：

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

2、懒汉式

2.1 懒汉式（线程不安全）

public class Singleton{

    //静态的成员变量
    private static Sintleton instance;

    //私有的构造器，防止外部通过new的方式创建对象
    private Singleton(){
    }
    
    //向外暴露公开的调用方法
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

优缺点分析：

起到了 Lazy Loading （懒加载）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.

2.2 懒汉式（使用同步方法实现线程安全）

public class Singleton{

    //静态的成员变量
    private static Sintleton instance;

    //私有的构造器，防止外部通过new的方式创建对象
    private Singleton(){
    }
    
    //向外暴露公开的调用方法（使用synchronized关键字实现同步）
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

优缺点分析：

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

2.3 懒汉式（使用同步代码块，但无法保证线程安全）

public class Singleton{

    //静态的成员变量
    private static Sintleton instance;

    //私有的构造器，防止外部通过new的方式创建对象
    private Singleton(){
    }
    
    //向外暴露公开的调用方法（使用synchronized关键字实现同步）
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized(instance){
                 instance=new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }

}

优缺点分析：

无法保证线程安全
这种方式，本意是想对懒汉式-线程安全这种方式进行的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的代码块，但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟懒汉式-线程不安全遇到的情形是一样的，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还没有来得及往下执行，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

2.4 懒汉式（使用双重检测，保证线程安全）

public class Singleton{

    //创建静态的实例对象，并用关键字volatile修饰
    private static volatile Singleton instance;

    //私有化构造方法，防止外部通过new的方式创建对象
    private Singleton(){
    }
    
    //向外暴露公开的调用方法（加入双重检测机制，解决线程安全问题）
    public static Singleton(){
        if(instance==null){                     //第一次检测
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance==null){             //第二次检测
                    instance=new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }


}

优缺点分析：

双重检测是指：对instance是否为空进行双重判断，volatile关键字可以保证线程之间数据的可见性，即一个线程修改数据，其余线程是可见的，这样可以保证线程的同步。在本例中，第一重检测，多个线程可以同时判断instance是否为空，若为空，多个线程竞争获取同步锁，获取同步锁的线程进入synchronized同步代码块中，进行第二重检测，若instance实例为空，则完成实例的创建。由于instance是用volatile关键字修饰的，即一个线程对instance的修改，对其他线程是可见的，所以其他线程在获取实例对象的时候，可以通过判断instance是否为空，判断是否new一个对象。（volatile关键字保证了instance的同步，数据可见性）
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，推荐使用这种单例设计模式

2.5 懒汉式（使用静态内部类，保证线程安全）

public class Singleton{
    private static Singleton instance;
    

    //私有化构造器，放置外部通过new的方式创建对象
    private Singleton(){
    }
    
    //创建静态内部类
    //该类中含有一个静态属性：INSTANCE
    static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    } 


    //向外暴露公开的调用方法
    //方法内部：访问静态内部类的静态属性，导致静态内部类加载，创建Singleton的唯一实例
    public Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }


}

优缺点分析：

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。
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。
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
结论：推荐使用.

静态内部类的加载机制：

静态内部类的加载不需要依附外部类，在使用时才加载。不过在加载静态内部类的过程中，也会加载外部类。即静态内部类和静态方法一样，如果没有调用，则不会被加载，当被使用时，类加载器进行加载，然后为其分配静态属性的内存空间。

示例：（静态内部类和外部类的加载时机）


public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		Demo.show();
	}
	
	static {
		System.out.println("hello,外部类");
	}
	
	
	static class Demo{   //静态内部类
		
		static {
			System.out.println("hello,内部类");
		}
		
		public static void show(){
			System.out.println("hello,内部类静态方法");
		}
		
	}

}

执行结果：

分析：

在本例中，外部类Demo1中创建一个静态内部类Demo，不调用静态内部类中的静态方法时，只打印“hello,外部类”，即只加载了外部类，并执行了外部类中的静态代码块。若调用静态内部类中的静态方法时，输出结果如上图所示，即首先加载外部类，再加载静态内部类，最后调用静态内部类的静态方法。

总结：

（1）应用

单例模式在JDK中的应用：在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）

代码分析：

（2）注意事项

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)

（3）小总结

单例模式分为饿汉式和懒汉式。
饿汉式是饥饿式的创建，即在使用前就完成创建，利用static关键字的特性，在类加载的时候完成创建，不存在线程安全的问题，可以通过static变量和static代码块的形式创建。
懒汉式是使用懒加载（延时加载），使用的时候再创建。为了保证线程安全，推荐使用以下几种懒汉式：（1）双重检测机制（使用volatile关键字修饰实例对象，使用synchronized代码块同步创建对象的过程，两次检测实例对象是否为空）（2）静态内部类机制（将实例化的过程放在静态内部类中，外部类加载的时候无需加载静态内部类，在使用时，加载静态内部类，完成实例化）