单例模式
单例设计模式介绍
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。
单例设计模式八种方式
单例模式有八种方式:
- 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
- 静态内部类
- 枚举
饿汉式(静态常量)
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 SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
// 饿汉式(静态变量)
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private final static Singleton SINGLETON = new Singleton();
// 3. 对外提供一个公用的静态方法,返回实例对象
public static Singleton getSingleton() {
return SINGLETON ;
}
}
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 Lazy Loading 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 lazy loading 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)
代码演示:
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
//饿汉式(静态变量)
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private static Singleton singleton ;
// 3. 静态代码块创建单例对象
static{
singleton = new Singleton() ;
}
// 4. 对外提供一个公用的静态方法,返回实例对象
public static Singleton getSingleton() {
return singleton ;
}
}
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
懒汉式(线程不安全)
代码演示
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private static Singleton singleton ;
// 3. 对外提供一个公用的静态方法,当时用该方法时,才创建
public static Singleton getSingleton() {
if(singleton == null ) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton ;
}
}
优缺点说明:
- 起到了 Lazy Loading 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。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.
懒汉式(线程安全,同步方法)
代码演示:
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private static Singleton singleton ;
// 3. 对外提供一个公用的静态方法,当时用该方法时,才创建
// 加入同步处理的代码
public static synchronized Singleton getSingleton() {
if(singleton == null ) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton ;
}
}
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
懒汉式(线程安全,同步代码块)
【不推荐使用】
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private static Singleton singleton ;
// 3. 对外提供一个公用的静态方法,当时用该方法时,才创建
// 加入同步处理的代码块
public static Singleton getSingleton() {
if(singleton == null ) {
synchronized(Singleton.class) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton ;
}
}
双重检查
代码演示
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 2. 在本类内部创建对象实例
private volatile static Singleton singleton ;
// 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, 同时解决懒加载问题
// 同时保证了效率, 推荐使用
public static Singleton getSingleton() {
if(singleton == null ) {
synchronized(Singleton.class) {
if(singleton == null ) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton ;
}
}
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
静态内部类
代码演示:
public class 静态内部类 {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
}
// 静态内部类完成, 推荐使用
class Singleton{
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
// 静态内部类,内部存在静态属性 SINGLETON
private static class SingletonInstance{
private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();
}
public static Singleton getSingleton() {
return SingletonInstance.SINGLETON;
}
}
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
枚举
代码演示
public class 枚举 {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE;
Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE;
System.out.println(singleton1==singleton2);
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
singleton1.sayOK();
}
}
enum Singleton{
INSTANCE;
public void sayOK() {
System.out.println("OK~");
}
}
优缺点说明
- 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
单例模式在 JDK 应用的源码分析
单例模式在 JDK 应用的源码分析
- 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
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
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
单例模式在 JDK 应用的源码分析
单例模式在 JDK 应用的源码分析
- 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
[外链图片转存中…(img-totY8KEa-1724669119848)]
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)