1. 单例模式介绍
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。
单例模式八种方式
- 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
- 静态内部类
- 枚举
2. 饿汉式（静态常量）
应用实例
步骤如下：
-
构造器私有化 (防止 new)
-
类的内部创建对象
-
向外暴露一个静态的公共方法
getInstance -
代码实现
public class SingletonDemo01 { public static void main(String[] args) { Singleton01 instance01 = Singleton01.getInstance(); Singleton01 instance02 = Singleton01.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 饿汉式--静态常量 */ class Singleton01 { // 1.构造方法私有化，外部不能 new private Singleton01() { } // 2.定义静态变量 public final static Singleton01 instance = new Singleton01(); // 3.向外暴露一个静态方法 public static Singleton01 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 LazyLoading 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 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 lazyloading 的效果。
- 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。
3. 饿汉式（静态代码块）
应用实例
public class SingletonDemo02 {
public static void main(String[] args) {
Singleton02 instance01 = Singleton02.getInstance();
Singleton02 instance02 = Singleton02.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 饿汉式--静态代码块
*/
class Singleton02 {
// 1.构造方法私有化，外部不能 new
private Singleton02() {
}
// 2.定义静态变量
public static Singleton02 instance;
// 3.静态代码块
static {
instance = new Singleton02();
}
// 4.向外暴露一个静态方法
public static Singleton02 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。
4. 懒汉式(线程不安全)
应用实例
public class SingletonDemo03 {
public static void main(String[] args) {
Singleton03 instance01 = Singleton03.getInstance();
Singleton03 instance02 = Singleton03.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程不安全
*/
class Singleton03 {
// 1.构造方法私有化，外部不能 new
private Singleton03() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton03 instance;
// 3.创建静态方法，供外部调用，当需要实例时，才去创建 instance
public static Singleton03 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton03();
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 起到了 LazyLoading 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，造成线程不安全，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.
5. 懒汉式(线程安全，同步方法)
应用实例
public class SingletonDemo04 {
public static void main(String[] args) {
Singleton04 instance01 = Singleton04.getInstance();
Singleton04 instance02 = Singleton04.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程安全
*/
class Singleton04{
// 1.构造方法私有化，外部不能 new
private Singleton04() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton04 instance;
// 3.创建静态方法，供外部调用，当需要实例时，才去创建 instance
// 4.加入 synchronized 关键字，解决线程不完全问题
public static synchronized Singleton04 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton04();
}
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。
6. 懒汉式(线程安全，同步代码块)
应用实例
public class SingletonDemo05 {
public static void main(String[] args) {
Singleton05 instance01 = Singleton05.getInstance();
Singleton05 instance02 = Singleton05.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 懒汉式--线程安全--同步代码块
*/
class Singleton05{
// 1.构造方法私有化，外部不能 new
private Singleton05() {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton05 instance;
// 3.创建静态方法，供外部调用，当需要实例时，才去创建 instance
// 4.使用同步代码块
public static Singleton05 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton05.class) {
instance = new Singleton05();
}
}
return instance;
}
}
优缺点说明
- 结论：在实际开发中，不能使用这种方式。
7. 双重检查
应用实例
public class SingletonDemo06 {
public static void main(String[] args) {
Singleton06 instance01 = Singleton06.getInstance();
Singleton06 instance02 = Singleton06.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 双重检查
*/
class Singleton06 {
// 1.构造方法私有化，外部不能直接 new
private Singleton06 () {
}
// 2.创建静态常量
private static Singleton06 instance;
// 3.提供静态方法，供外部调用
// 4.使用双重检查，即实现了懒加载的效果，又保证了线程安全，推荐使用
public static Singleton06 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton06.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton06();
}
return instance;
}
}
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return实例化对象，也避免的反复进行方法同步。 - 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。
8. 静态内部类
应用实例
public class SingletonDemo07 {
public static void main(String[] args) {
Singleton07 instance01 = Singleton07.getInstance();
Singleton07 instance02 = Singleton07.getInstance();
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 使用静态内部类的方式实现单例模式
*/
class Singleton07 {
// 1.构造方法私有化，外部不能直接 new
private Singleton07() {
}
// 2.创建一个静态内部类
private static class Singleton07Instance {
private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07();
}
// 3.创建一个静态方法，供外部调用
// 4.JVM 在加载类的时候不会加载静态内部类，在使用到静态内部类的时候才会加载，这样既保证了懒加载的效果，又保证了线程安全
public static Singleton07 getInstance() {
return Singleton07Instance.INSTANCE;
}
}
优缺点说明
- 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。
- 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。 - 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。
9. 枚举
应用实例
public class SingletonDemo08 {
public static void main(String[] args) {
Singleton08 instance01 = Singleton08.INSTANCE;
Singleton08 instance02 = Singleton08.INSTANCE;
System.out.println(instance01 == instance02); // true
System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode());
System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode());
}
}
/**
* 使用枚举的方式实现单例模式
*/
enum Singleton08 {
INSTANCE;
}
优缺点说明
- 这借助 JDK 1.5 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 EffectiveJava 作者 JoshBloch 提倡的方式。
- 结论：推荐使用。
10. 单例模式在JDK应用的源码分析
-
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 { // 使用静态常量的方式实现单例模式 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() {} }
11. 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)。