01.单例设计模式
单例设计模式
所谓单例设计模式，就是采取一定的方法在保证整个软件系统当中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供了一个取得其对象实例的方法
单例设计模式有八种方式
- 饿汉式（静态常量）
- 饿汉式（静态代码块）
- 懒汉式（线程不安全）
- 懒汉式（线程安全，同步方法）
- 懒汉式（线程安全，同步代码块）
- 双重检查法
- 静态内部类
- 枚举
饿汉式（静态常量）
步骤如下：
- 构造方法私有化（防止直接 new对象）
- 类的内部创建一个静态对象
- 向外提供一个静态的公共方法,getInstance()
- 代码实现
public class SingletonTest01 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance1 == instance2); //true
}
}
//饿汉式（静态常量）
class Singleton{
//1、构造器私有化，外部不能直接new
private Singleton() {
}
//2、本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
//3、提供一个公共的静态方法，返回实例
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了实例化，避免了线程的同步问题
- 缺点：在类装载的时候就完成了实例化，没有达到懒加载的效果，如果从始至终都没有使用这个实例，就会造成内存的浪费
- 这种方式是基于classloader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调用getIntsance方法，但是导致类加载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类加载，这时初始化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
饿汉式（静态代码块）
步骤如下
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一个静态私有的属性，在静态代码块当中完成初始化工作
-
向外提供一个静态的公共方法,getInstance()
-
代码实现
public class SingletonTest02 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } //饿汉式（静态常量） class Singleton{ //1、构造器私有化，外部不能直接new private Singleton() { } //2、本类内部创建对象实例 private static Singleton instance; //在静态代码块当中完成初始化工作 static { instance = new Singleton(); } //3、提供一个公共的静态方法，返回实例 public static Singleton getInstance(){ return instance; } }
优缺点说明
-
这种方式和上面的方式类似，只不过将类的实例化的过程放到了静态代码块中，也是在类装载的时候，就会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：这种单例模式可以用，但是会造成内存的浪费
懒汉式（线程不安全）
实现步骤
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法，当实例为null的时候,new 一个实例
-
代码实现
public class SingletonTest03 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有方法，当时用到该方法时，才去创建对象 //这就是懒汉式 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
优缺点分析
- 起到了懒加载的效果，但是只能在单线程下使用
- 如果在多线程下，一个线程进入到了if判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过这个判断语句，这时便会产生多个实例，所以在多线程的情况下不能使用这种方式
- 结论：在实际的开发当中，不要使用这种方式
懒汉式（线程安全，同步方法）
实现步骤
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的同步方法，当实例为null的时候,new 一个实例
-
代码实现
public class SingletonTest04 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有同步方法，当时用到该方法时，才去创建对象 //这就是懒汉式 public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
优缺点分析
- 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的时候，执行getInstance()方法都要执行同步，而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，方法进行同步的效率太低了
- 结论：在实际开发的过程当中，不推荐使用这个方式
懒汉式（线程安全，同步代码块）
实现步骤
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法，当实例为null的时候,对创建实例的代码块进行同步
-
代码实现
public class SingletonTest05 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有同步方法，当时用到该方法时，才去创建对象 //这就是懒汉式 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { //对创建实例的代码块进行同步 synchronized(Singleton.class){ instance = new Singleton(); } } return instance; } }
优缺点分析
- 这种方式，本意是相对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步代码块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，跟第3中实现方式遇到的情形一致，加入一个线程进入if判断当中，还未来及往下执行。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：在实际的开发中，不能使用这种方式
双重检查法
实现步骤
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一个静态的使用volatile修饰的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法，实行双重检查创建对象
-
代码实现
public class SingletonTest06 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 //volatile当值发生修改的时候，立即将值更新到内存当中 private static volatile Singleton instance; //3、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，同时解决了懒加载的问题 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { //对创建实例的代码块进行同步 synchronized(Singleton.class){ if (instance == null){ instance = new Singleton(); } } } return instance; } }
优缺点分析
- Double-Check 概念是多线程开发当中经常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if检查，这样我们也可以保证线程安全。
- 这样，实例化代码只用执行一次，后面再访问时，判断if判断直接return实例化对象，也避免了反复进行方法同步
- 线程安全；延迟加载；效率较高
- 结论：在实际开发当中，推荐使用这种单例设计模式
静态内部类
实现步骤
-
构造器私有化（防止直接 new对象）
-
定义一个静态内部类
-
在静态内部类当中定义一个静态属性
-
对外提供一个获取实例的方法，返回静态内部类当中的静态属性
-
代码实现
public class SingletonTest07 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } //推荐使用 class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //写一个静态内部类，该类当中有一个静态属性SingletonInstance private static class SingletonSInstance{ private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } //提供一个静态公有方法，直接返回SingletonSInstance.INSTANCE public static Singleton getInstance() { return SingletonSInstance.INSTANCE; } }
优缺点分析
- 这种方式是采用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类被装载的时候并不会立刻实例化，而是需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonSInstance，从而完成Singleton的实例化
- 类的静态属性只会在第一个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
枚举
实现步骤
-
定义一个枚举，在枚举当中定义需要的属性和方法
-
代码实现
public class SingletonTest08 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE; Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE; System.out.println(instance1 == instance2);//true instance1.sayOK(); } } enum Singleton{ INSTANCE; public void sayOK(){ System.out.println("hi~~"); } }
优缺点分析
- 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
- 这种方式是 Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式
- 结论：推荐使用
JDK当中的经典单例模式分析
Runtime就是饿汉式单例模式
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
/**
* Returns the runtime object associated with the current Java application.
* Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
* methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
*
* @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
* Java application.
*/
public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
/** Don't let anyone else instantiate this class */
private Runtime() {}
}
单例模式的注意事项和细节说明
- 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，对于一些需要频繁使用的对象，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对象、创建对象耗时过多或者耗费资源过多（即：重量级对象），但是又经常用到的对象、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）。
浙公网安备 33010602011771号