Java 设计模式之单例模式
Drunkbaby Lv6
  2023-06-01 09:03:57 2023-06-01 09:03   2023-06-01 09:05:15      2.2k 字  8 分钟  

Java 设计模式之单例模式

Java 设计模式之单例模式

0x01 认识单例模式

什么是单例模式

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 类的 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 就够了，这时就会使用到单例模式。

单例模式有八种方式如下：

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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；
7. 静态内部类；
8. 枚举

0x02 八种单例模式详解

饿汉式（静态常量）

比较简单，也就是定义一个静态常量，让它成为 new Singleton() 的对象实例

代码演示：

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package HungryManStyle;

public class SingletonTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//饿汉式（静态常量）
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，返回实例对象
    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：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；
  • 这种方式基于 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（或者其他静态方法）导致类加载，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。

饿汉式（静态代码块）

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package HungryManStyle;

public class SingletonTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

//饿汉式（静态代码块）
class Singleton2 {
    //1、构造器私有化，外部不能new
    private Singleton2() {

    }

    //2、静态代码块
    private static Singleton2 instance;

    static {
        instance = new Singleton2();
    }

    //3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton2 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，就执行静态代码快中的代码，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。

懒汉式（线程不安全）

代码演示：

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package HungryManStyle;  
  
public class SingletonTest3 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton instance = Singleton.getInstance();  
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();  
        System.out.println(instance == instance2);  
    }  
}  
  
//懒汉式（线程不安全）  
class Singleton3 {  
    private static Singleton3 instance;  
  
    private Singleton3() {  
  
    }  
  
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance  
    public static Singleton3 getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton3();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

优缺点说明：

  • 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的时候，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。

懒汉式（线程安全，同步方法）

代码演示：

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public class SingletonTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == 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。

懒汉式（线程安全，同步代码块）

代码演示：

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package HungryManStyle;  
  
public class SingletonTest4 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton instance = Singleton.getInstance();  
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();  
        System.out.println(instance == instance2);  
    }  
}  
  
//懒汉式（线程安全，同步代码块）  
class Singleton4 {  
    private static Singleton4 instance;  
  
    private Singleton4() {  
  
    }  
  
    public static Singleton4 getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            synchronized (Singleton4.class) {  
                instance = new Singleton4();  
            }  
        }  
        return instance;  
    }  
}

说明：

  • 看似线程安全，但不一定安全。
  • 结论：不推荐使用。

双重检查

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package HungryManStyle;  
  
public class SingletonTest6 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton instance = Singleton.getInstance();  
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();  
        System.out.println(instance == instance2);  
    }  
}  
  
//双重检查  
class Singleton6 {  
    private static volatile Singleton6 instance;  
  
    private Singleton6() {  
    }  
  
    //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 Singleton6 getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            synchronized (Singleton6.class) {  
                if (instance == null) {  
                    instance = new Singleton6();  
                }  
            }  
        }  
        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 reeturn 实例化对象，也避免反复进行方法同步；
  • 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。

静态内部类

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package HungryManStyle;  
  
public class SingletonTest7 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton7 instance = Singleton7.getInstance();  
        Singleton7 instance2 = Singleton7.getInstance();  
        System.out.println(instance == instance2);  
    }  
}  
  
//静态内部类  
class Singleton7 {  
  
    private Singleton7() {  
    }  
  
    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性Singleton  
    private static class singleInstance {  
        private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();  
    }  
  
    //提供一个静态的公有方法，直接返回对象  
    public static synchronized Singleton7 getInstance() {  
        return singleInstance.INSTANCE;  
    }  
}

优缺点说明：

  • 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，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

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package HungryManStyle;  
  
public class SingletonTest8 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton8 instance = Singleton8.INSTANCE;  
        Singleton8 instance2 = Singleton8.INSTANCE;  
        System.out.println(instance == instance2);  
        instance.sayOK();  
    }  
}  
  
//使用枚举，可以实现单例  
enum Singleton8 {  
    INSTANCE;//属性  
  
    public void sayOK() {  
        System.out.println("ok");  
    }  
}

优缺点说明：

  • 这借助了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；
  • 结论：推荐使用

0x03 单例模式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，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得对象的方法，而不是使用new；
  • 单例模式使用场景：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）。

0x04 小结

最近真是有点懒劲犯了，还是得多多专注，不要犯懒癌。

  • 本文标题：Java 设计模式之单例模式
  • 本文作者：Drunkbaby
  • 创建时间：2023-06-01 09:03:57
  • 本文链接：2023/06/01/Java-设计模式之单例模式/
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