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JAVA设计模式——单例模式八种方式

目录

单例模式简介:

单例模式优点:

应用场景:

单例设计模式的八种方式:

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(线程安全,同步代码块)

6、双重检查(推荐使用)

7、静态内部类(推荐使用)

8、枚举(推荐使用)

单例模式在JDK应用的源码分析

单例模式注意事项和细节说明


单例模式简介:

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

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。

单例模式优点:

  1. 由于其在内存中只有一个对象实例,则节省内存空间
  2. 能避免频繁地创建和销毁对象,提高性能
  3. 避免对共享资源的多重占用,简化访问操作,如在进行写文件时,由于只有一个实例对象,能避免对同一资源的同时写操作
  4. 为整个系统提供一个全局访问点,优化和共享资源访问。

应用场景:

单例模式其核心在于在整个系统中只创建唯一一个实例,其应用场景主要如下:

1.创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象。
2.需要频繁实例化然后销毁的对象。如多线程的线程池、网络连接池等。
3.当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象,共享该对象可以节省内存,并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。
4.需要频繁创建的一些类,使用单例可以降低系统的内存压力,减少 GC。
5.网站的计数器(否则难以同步)
6.Windows的任务管理器和回收站。

单例设计模式的八种方式:

1、饿汉式(静态常量)

应用实例:

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

  1. public class SingletonTest01 {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. //测试
  4. Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
  5. Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
  6. System.out.println(instance1=instance1); //true
  7. System.out.println("instance1.hsashCode="+instance1.hashCode());
  8. System.out.println("instance2.hsashCode="+instance2.hashCode());
  9. }
  10. }
  11. //饿汉式顾名思义是饥饿的,因此应该开始就创建对象
  12. class Singleton{
  13. // 1.构造器私有化,外部不能new
  14. private Singleton(){
  15. }
  16. // 2.本类内部创建对象实例
  17. private final static Singleton instance=new Singleton();
  18. // 3.提供一个公有的静态方法,返回实例对象
  19. public static Singleton getInstance(){
  20. return instance;
  21. }
  22. }

运行结果:

 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
结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费

2、饿汉式(静态代码块)

  1. class Singleton01{
  2. // 1.构造器私有化,外部不能new
  3. private Singleton01(){
  4. }
  5. // 2.本类内部创建对象实例
  6. private static Singleton01 instance;
  7. static { //在静态代码块中,创建单例对象
  8. instance=new Singleton01();
  9. }
  10. // 3.提供一个公有的静态方法,返回实例对象
  11. public static Singleton01 getInstance(){
  12. return instance;
  13. }
  14. }

优缺点说明:和上面一样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,也就是在类装载的时候,就执行静态代码块中的代码,初始化类的实例。

3、懒汉式(线程不安全)

  1. public class SingletonTest03 {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. //测试
  4. System.out.println("懒汉式,线程不安全~");
  5. Singleton03 instance1 = Singleton03.getInstance();
  6. Singleton03 instance2 = Singleton03.getInstance();
  7. System.out.println(instance1==instance2); //true
  8. System.out.println("instance1.hsashCode="+instance1.hashCode());
  9. System.out.println("instance2.hsashCode="+instance2.hashCode());
  10. }
  11. }
  12. //懒汉式顾名思义就是懒,不会跟饿汉式一样上来就创建对象,而是在需要的时候才会创建,而且是仅创建一次
  13. class Singleton03{
  14. // 1.构造器私有化,外部不能new
  15. private Singleton03(){
  16. }
  17. // 2.本类内部创建对象实例
  18. private static Singleton03 instance;
  19. // 3.提供一个公有的静态方法,当使用到该方法时,才会去创建instance
  20. //即懒汉式
  21. public static Singleton03 getInstance(){
  22. if(instance==null){
  23. instance=new Singleton03();
  24. }
  25. return instance;
  26. }
  27. }

运行结果:

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 == mull)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)

  1. class Singleton04{
  2. // 1.构造器私有化,外部不能new
  3. private Singleton04(){
  4. }
  5. // 2.本类内部创建对象实例
  6. private static Singleton04 instance;
  7. // 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
  8. //即懒汉式
  9. public static synchronized Singleton04 getInstance(){
  10. if(instance==null){
  11. instance=new Singleton04();
  12. }
  13. return instance;
  14. }
  15. }

运行结果:

优缺点说明:
1、解决了线程安全问题
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)

  1. class Singleton05{
  2. // 1.构造器私有化,外部不能new
  3. private Singleton05(){
  4. }
  5. // 2.本类内部创建对象实例
  6. private static Singleton05 instance;
  7. // 3.提供一个公有的静态方法,加入同步代码块
  8. public static Singleton05 getInstance(){
  9. if(instance==null){
  10. synchronized (Singleton05.class){
  11. instance=new Singleton05();
  12. }
  13. }
  14. return instance;
  15. }
  16. }

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 == nul)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

6、双重检查(推荐使用)

  1. //双重检查
  2. class Singleton06{
  3. // 1.构造器私有化,外部不能new
  4. private Singleton06(){
  5. }
  6. // 2.本类内部创建对象实例
  7. private static volatile Singleton06 instance;
  8. // 3.提供一个公有的静态方法,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
  9. public static synchronized Singleton06 getInstance(){
  10. if(instance==null){
  11. synchronized (Singleton06.class){
  12. if(instance==null){
  13. instance=new Singleton06();
  14. }
  15. }
  16. }
  17. return instance;
  18. }
  19. }

运行结果:

优缺点说明:

1、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。
2、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

为什么一定使用volatile?

在java内存模型中,volatile 关键字作用是:

  1. 保证不同线程对变量操作的内存可见性
  2. 禁止指令重排序

7、静态内部类(推荐使用)

  1. //静态内部类完成,推荐使用
  2. class Singleton07{
  3. // 1.构造器私有化
  4. private Singleton07(){
  5. }
  6. // 2.本类内部创建对象实例
  7. private static volatile Singleton07 instance;
  8. //写一个内部静态类,该类中有一个静态的属性
  9. private static class SingletonInstance{
  10. private static final Singleton07 INSTANCE=new Singleton07();
  11. }
  12. // 3.提供一个公有的静态方法,直接返回SingletonInstance.INSTANCE
  13. public static synchronized Singleton07 getInstance(){
  14. return SingletonInstance.INSTANCE;
  15. }
  16. }

运行结果:

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)

  1. public class SingletonTest08 {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. Singleton08 instance = Singleton08.INSTANCE;
  4. Singleton08 instance2 = Singleton08.INSTANCE;
  5. System.out.println(instance==instance2);
  6. System.out.println(instance.hashCode());
  7. System.out.println(instance2.hashCode());
  8. instance.sayOk();
  9. }
  10. }
  11. //使用枚举,可以实现单例,推荐
  12. enum Singleton08{
  13. INSTANCE;//属性
  14. public void sayOk(){
  15. System.out.println("ok~");
  16. }
  17. }

运行结果:

 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

3、方式结论:推荐使用

单例模式在JDK应用的源码分析

在我们JDK中,java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)
从以下源码可以看出:

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、建议不要使用反射进行设计单例模式,因为反射可以暴力破坏单例模式

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