本文介绍23中设计模式中的单例模式
这篇文章详解四个知识点: 单例模式的概念,单例设计模式八种方式,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
单例设计模式
1.1 概述
所谓类的单例设计模式，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。
1.2 单例设计模式八种方式
1.2.1 饿汉式(静态常量)
步骤
(1) 构造私有化(防止new)
(2) 在类的内部创建对象
(3) 提供一个公共的静态方法，让外界获取该对象(返回该对象) instance
代码演示
//饿汉式:静态成员变量
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在本类中创建本类对象
private static Singleton instance = new Singleton();
//提供一个公共的静态方法，让外界获取该对象(返回该对象)
public static Singleton getInstance() {return instance;}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("饿汉式:静态成员变量");
//创建Singleton对象
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
//判断是否为一个对象
System.out.println(instance == instance1);
System.out.println("hash"+instance.hashCode());
System.out.println("hash"+instance1.hashCode());
}
}优缺点说明
优点 : 写法比较简单,在类装载的时候就已经完成了实例化,避免了线程同步问题
缺点 : 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，可能造成内存浪费
1.2.2 饿汉式(静态代码块)
代码演示
//饿汉式(静态代码块)
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//声明Singleton类型的变量
private static Singleton instance;
//在静态代码块中创建单例对象
static {instance = new Singleton();}
//对外提供获取该类对象的方法
public static Singleton getInstance() {return instance;}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("饿汉式(静态代码块)");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance1);
System.out.println("hash"+instance.hashCode());
System.out.println("hash"+instance1.hashCode());
}
}
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 : 这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费
1.2.3 懒汉式(线程不安全)
代码演示
//懒汉式(线程不安全)
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
//私有构造方法
private Singleton() {
}
//提供一个静态的公有方法,当使用该方法时,才去创建instance
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("懒汉式(线程不安全)");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance1);
System.out.println("hash"+instance.hashCode());
System.out.println("hash"+instance1.hashCode());
}
}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
结论 : 在实际开发中，不要使用这种方式.
1.2.4 懒汉式(线程安全,同步方法)
代码演示
// 懒汉式 (线程安全,同步方法)
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
// 私有构造方法
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;
}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("懒汉式 (线程安全,同步方法)");
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance1);
System.out.println("hash--"+instance.hashCode());
System.out.println("hash--"+instance1.hashCode());
}
}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getlnstance()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
1.2.5 懒汉式(线程安全,同步代码块)
代码演示
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
3 . 结论:在实际开发中，不能使用这种方式
1.2.6 双重检查
代码演示
//双重检查模式
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
//构造私有方法
private Singleton() {
}
//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
//同时保证了效率,推荐
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
//测试类
public class Test {
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);
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance1.hashCode());
}
}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
1.2.7 静态内部类
代码演示
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
//私有化构造器
private Singleton() {
}
//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性,Singleton
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
//提供一个公共的静态方法,返回实例对象
public static synchronized Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
测试类
public class Test {
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);
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance1.hashCode());
}
}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getlnstance万法，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
5 . 结论:推荐使用
1.2.8 枚举
代码演示
//枚举 推荐
public enum Singleton {
INSTANCE ;//属性
public void Hello(){
System.out.println("World");
}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
System.out.println(instance == instance1);
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance1.hashCode());
instance.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。
2. 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
3.结论:推荐使用
1.3 单例模式在JDK应用中的源码分析
在我们JDK中, java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)
代码分析+Debug源码+代码说明
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() {}
1.4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)
作者 : 2401_85014515
博客 : 2401_85014515的博客_CSDN,JAVA知识,JAVA开发技术详解 (转载请声明出处)
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