单例设计模式
所谓单例设计模式,就是采取一定的方法在保证整个软件系统当中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供了一个取得其对象实例的方法
单例设计模式有八种方式
- 饿汉式(静态常量)
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全,同步方法)
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)
- 双重检查法
- 静态内部类
- 枚举
饿汉式(静态常量)
步骤如下:
- 构造方法私有化(防止直接 new对象)
- 类的内部创建一个静态对象
- 向外提供一个静态的公共方法,getInstance()
- 代码实现
public class SingletonTest01 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance1 == instance2); //true
}
}
//饿汉式(静态常量)
class Singleton{
//1、构造器私有化,外部不能直接new
private Singleton() {
}
//2、本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
//3、提供一个公共的静态方法,返回实例
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了实例化,避免了线程的同步问题
- 缺点:在类装载的时候就完成了实例化,没有达到懒加载的效果,如果从始至终都没有使用这个实例,就会造成内存的浪费
- 这种方式是基于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调用getIntsance方法,但是导致类加载的原因有很多种,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)
步骤如下
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一个静态私有的属性,在静态代码块当中完成初始化工作
-
向外提供一个静态的公共方法,getInstance()
-
代码实现
public class SingletonTest02 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } //饿汉式(静态常量) class Singleton{ //1、构造器私有化,外部不能直接new private Singleton() { } //2、本类内部创建对象实例 private static Singleton instance; //在静态代码块当中完成初始化工作 static { instance = new Singleton(); } //3、提供一个公共的静态方法,返回实例 public static Singleton getInstance(){ return instance; } }
优缺点说明
-
这种方式和上面的方式类似,只不过将类的实例化的过程放到了静态代码块中,也是在类装载的时候,就会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:这种单例模式可以用,但是会造成内存的浪费
懒汉式(线程不安全)
实现步骤
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法,当实例为null的时候,new 一个实例
-
代码实现
public class SingletonTest03 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有方法,当时用到该方法时,才去创建对象 //这就是懒汉式 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
优缺点分析
- 起到了懒加载的效果,但是只能在单线程下使用
- 如果在多线程下,一个线程进入到了if判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过这个判断语句,这时便会产生多个实例,所以在多线程的情况下不能使用这种方式
- 结论:在实际的开发当中,不要使用这种方式
懒汉式(线程安全,同步方法)
实现步骤
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的同步方法,当实例为null的时候,new 一个实例
-
代码实现
public class SingletonTest04 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有同步方法,当时用到该方法时,才去创建对象 //这就是懒汉式 public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
优缺点分析
- 解决了线程不安全问题
- 效率太低了,每个线程在想获得类的实例的时候,执行getInstance()方法都要执行同步,而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,方法进行同步的效率太低了
- 结论:在实际开发的过程当中,不推荐使用这个方式
懒汉式(线程安全,同步代码块)
实现步骤
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一静态的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法,当实例为null的时候,对创建实例的代码块进行同步
-
代码实现
public class SingletonTest05 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //3、提供一个静态的共有同步方法,当时用到该方法时,才去创建对象 //这就是懒汉式 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { //对创建实例的代码块进行同步 synchronized(Singleton.class){ instance = new Singleton(); } } return instance; } }
优缺点分析
- 这种方式,本意是相对第四种实现方式的改进,因为前面同步方法效率太低,改为同步代码块产生实例化的代码块
- 但是这种同步并不能起到线程同步的作用,跟第3中实现方式遇到的情形一致,加入一个线程进入if判断当中,还未来及往下执行。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:在实际的开发中,不能使用这种方式
双重检查法
实现步骤
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一个静态的使用volatile修饰的私有化对象
-
对外提供一个获取实例的方法,实行双重检查创建对象
-
代码实现
public class SingletonTest06 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 //volatile当值发生修改的时候,立即将值更新到内存当中 private static volatile Singleton instance; //3、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,同时解决了懒加载的问题 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { //对创建实例的代码块进行同步 synchronized(Singleton.class){ if (instance == null){ instance = new Singleton(); } } } return instance; } }
优缺点分析
- Double-Check 概念是多线程开发当中经常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if检查,这样我们也可以保证线程安全。
- 这样,实例化代码只用执行一次,后面再访问时,判断if判断直接return实例化对象,也避免了反复进行方法同步
- 线程安全;延迟加载;效率较高
- 结论:在实际开发当中,推荐使用这种单例设计模式
静态内部类
实现步骤
-
构造器私有化(防止直接 new对象)
-
定义一个静态内部类
-
在静态内部类当中定义一个静态属性
-
对外提供一个获取实例的方法,返回静态内部类当中的静态属性
-
代码实现
public class SingletonTest07 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance1 == instance2); //true } } //推荐使用 class Singleton { //1、构造器私有化 public Singleton() { } //2、创建一个私有的静态对象 private static Singleton instance; //写一个静态内部类,该类当中有一个静态属性SingletonInstance private static class SingletonSInstance{ private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } //提供一个静态公有方法,直接返回SingletonSInstance.INSTANCE public static Singleton getInstance() { return SingletonSInstance.INSTANCE; } }
优缺点分析
- 这种方式是采用类装载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类被装载的时候并不会立刻实例化,而是需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonSInstance,从而完成Singleton的实例化
- 类的静态属性只会在第一个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
枚举
实现步骤
-
定义一个枚举,在枚举当中定义需要的属性和方法
-
代码实现
public class SingletonTest08 { public static void main(String[] args) { Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE; Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE; System.out.println(instance1 == instance2);//true instance1.sayOK(); } } enum Singleton{ INSTANCE; public void sayOK(){ System.out.println("hi~~"); } }
优缺点分析
- 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
- 这种方式是 Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式
- 结论:推荐使用
JDK当中的经典单例模式分析
Runtime就是饿汉式单例模式
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() {}
}
单例模式的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,对于一些需要频繁使用的对象,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对象、创建对象耗时过多或者耗费资源过多(即:重量级对象),但是又经常用到的对象、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)。