单例模式

1. 单例模式介绍

　　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)

 

2. 单例模式的八种方式

　　（1）饿汉式(静态常量)（可以使用）

　　　　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

　　　　4) 代码实现

public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //1007653873
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //1007653873
    }
}

class Singleton{
    //1. 构造器私有化，外部不能new对象
    private Singleton(){}

    //2. 在类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    //3. 对外提供一个共有的静态方法，返回对象实例
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) 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；

　　2) 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading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；

　　3) 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；

　　4) 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）（可以使用）

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
    
    //1. 构造器私有化, 外部能new
    private Singleton() {
        
    }
    

    //2.本类内部创建对象实例
    private  static Singleton instance;
    
    static { // 在静态代码块中，创建单例对象
        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;
    }
    
}

　　优缺点说明：

　　1) 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；

　　2) 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)（不推荐使用）

public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式，线程不安全~");
        Singleton03 instance = Singleton03.getInstance();
        Singleton03 instance1 = Singleton03.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //1854778591
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //1854778591
    }
}

class Singleton03{

    private static Singleton03 instance;

    private Singleton03(){}

    //提供一个静态公有方法，当使用时才创建对象即懒汉式
    public static Singleton03 getInstance(){
        if (instance == null){
            instance =  new Singleton03();
        }
        return instance;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用；

　　2) 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；

　　3) 结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

 

　　（4）懒汉式(线程安全，同步方法)（不推荐使用）

public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式，线程安全~");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //1854778591
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //1854778591
    }
}

class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态公有方法，当使用时才创建对象即懒汉式
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance =  new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) 解决了线程不安全问题；

　　2) 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；

　　3) 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

 

　　（5）懒汉式(线程安全，同步代码块)（不能使用）

class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态公有方法，当使用时才创建对象即懒汉式
    public static  Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                instance =  new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) 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；

　　2) 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；

　　3) 结论：在实际开发中，不能使用这种方式

 

　　（6）双重检查（推荐使用）

public class SingletonTest06 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("双重检查");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //1854778591
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //1854778591
    }
}

class Singleton{

    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态公有方法，加入双重检查，解决线程安全问题，同事解决懒加载问题，提升效率
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了；

　　2) 使用volatile关键字保证线程修改变量后，其他线程可见，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；

　　3) 线程安全；延迟加载；效率较高；

　　4) 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（推荐使用）

public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("静态内部类");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //2054798982
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //2054798982
    }
}

class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //提供一个静态公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

　　优缺点说明：

　　1) 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；

　　2) 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；

　　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；

　　

　　（8）枚举（推荐使用）

public class Singleton08 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("枚举");
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance1);  //true
        System.out.println("instance.hashcode = " + instance.hashCode());  //1854778591
        System.out.println("instance1.hashcode = " + instance1.hashCode());  //1854778591
    }
}

enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void sayHello(){
        System.out.println("hello");
    }
}

　　优缺点说明：

　　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

 

3. 单例模式在JDK 应用的源码分析

　　（1）java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

 

4. 单例模式注意事项和细节说明

　　1) 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；

　　2) 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；

　　3) 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)；