单例模式

HappyChan
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单例模式

什么是单例模式？

单例是指的类实例的设计，就是采取一定的策略保证在整个软件系统中，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）

八种单例模式

  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
  7. 静态内部类
  8. 枚举

基本的思路都差不多，可归结为以下几个操作

  • 构造器私有化
  • 在类的内部创建对象
  • 向外暴露一个静态的公共方法

饿汉式（静态常量）

public static void main(String[] args) {
    Singleton singleton = Singleton.getInstance();
    Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(singleton1.hashCode() + " == " + singleton.hashCode());

}

private static final Singleton singleton = new Singleton();

private Singleton() {

}

public static Singleton getInstance() {
    return singleton;
}

优缺点

  • 优点：写法简单，静态常量，在类加载时就完成了实例化，JVM 帮我们避免线程同步问题
  • 缺点：没有达到 Lazy Loading 的效果，如果从始至终没有使用过这个实例，则会造成内存浪费
  • 这种方式基于 ClassLoader 避免了多线程同步的问题，并且，singleton 在类装载时就实例化，在单例模式中大多数是调用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）导致类加载，这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的效果

饿汉式（静态代码块）

效果与优缺点，同上面的方法类似

private static final Singleton singleton;
static {
    singleton = new Singleton();
}

懒汉式（线程不安全）

private static Singleton singleton;
public static Singleton getInstance() {
    if (singleton == null) {
        singleton = new Singleton();
    }
    return singleton;
}

优缺点

  • 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用
  • 多线程就达不到单例的效果，不建议在实际开发环境中使用

懒汉式（线程安全，同步方法）

private static Singleton singleton;
public static synchronized Singleton getInstance() {
    if (singleton == null) {
        singleton = new Singleton();
    }
    return singleton;
}

优缺点

  • 解决了线程安全问题
  • 效率低，每个线程想获取类的实例对象时，都要执行 getInstance 方法，进行同步排队。但是其实创建对象实例一次之后，即可直接返回了，没必要在每次都同步。

懒汉式（线程安全，同步代码块）

效果类似同步方法

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

双重检查

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

优缺点

  • Double-check ，进行两次 singleton 为 null 的判断，加上 synchronized 同步，可以保证线程安全问题
  • 这里要注意 volatile 关键字，如果没有加这个修饰符，new Singleton( ) 在 执行时，由 JVM 分为三步骤，分配内存、初始化对象、地址值指向对象。这个过程会被 JVM 指令重排序。因此，第二第三步的顺序是不一定的。那么在多线程情况下， A线程进入 getInstance 方法进行 new Singleton，然后在初始化完对象后，此时尚未指定内存地址值；B线程也进入 getInstance 方法进行判断 singleton 是否为 null，不为空直接返回并调用使用，那么就出现错误了。所以，volatile 禁止了指令重排序，保证了指令执行的有序性。
  • 延迟加载，效率高

静态内部类

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

public static Singleton getInstance() {
    return SingletonInstance.singleton;
}

优缺点

  • 采用了类加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 类被加载时并不会立即实例化，而是在需要的时候，调用 getInstance 方法，才会状态 SingletonInstance 类，从而完成实例化，也达到了懒加载的效果
  • 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以这里 JVM 帮助我们保证了线程的安全性

枚举

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    public void sayOK() {
        System.out.println("ook");
    }
}

优缺点

  • 利用枚举类实现单例模式，既能避免多线程同步问题，还能防止反序列化重新创建新的对象

小结

  • 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)
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