java设计模式之单例设计模式

最新推荐文章于 2024-09-11 14:48:39 发布

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分类专栏：笔记学习练习文章标签：设计模式 java

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本文详细介绍了Java设计模式中的单例模式，包括其定义、应用场景和八种不同的实现方式。通过对每种方式的优缺点分析，帮助开发者选择合适的单例模式实现。

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java设计模式之单例设计模式

单例设计模式介绍

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。

单例设计模式八种方式

方式一: 饿汉式(静态常量)

步骤如下：

1.构造器私有化 (防止 new )

2.类的内部创建对象

3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance

代码示例：

package com.wxit.singleton;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest01 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

//饿汉式(静态变量)
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.提供一个公有的静态方法，返回对象实例
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

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：

1.在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费

2.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就没有达到懒加载的效果

结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

方式二: 饿汉式（静态代码块）

代码示例:

package com.wxit.singleton.type02;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest02 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

//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.提供一个公有的静态方法，返回对象实例
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

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

方式三: 懒汉式(线程不安全)

代码示例:

package com.wxit.singleton.type03;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest03 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("懒汉式方法一:线程不安全");
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

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，采取创建instance，即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

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.

方式四: 懒汉式(线程安全，同步方法)

代码示例

package com.wxit.singleton.type04;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest04 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("懒汉式方法二:线程安全");
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

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

优缺点说明：

解决了线程不安全问题

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

方式五: 懒汉式(线程不安全,同步代码块)

代码示例:

package com.wxit.singleton.type05;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest05 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

//懒汉式(线程不安全，同步代码块)
class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){

    }

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

优缺点说明

这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块

但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了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

结论：在==实际开发中，不能使用这种方式==

方式六: 双重检查

代码示例

package com.wxit.singleton.type06;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest06 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("双重检查");
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

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

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，推荐使用这种单例设计模式

方式七: 静态内部类

代码示例

package com.wxit.singleton.type07;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest07 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("使用静态内部类");
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

//静态内部类
class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton(){

    }

    //编写一个静态内部类，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;
    }
}

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。

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

方式八: 枚举

代码示例

package com.wxit.singleton.type08;

/**
 * @Author wj
 **/
public class SingletonTest08 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("枚举的方式，测试单例");
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance1 == instance2);

        instance1.sayHello();
    }
}

enum Singleton {
    INSTANCE;//属性
    public void sayHello(){
        System.out.println("你好,世界");
    }
}