设计模式(一)—单例模式(附Java代码)

单例模式（Singleton Pattern）:采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对于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实例对象的方法。

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，这时就会使用到单例模式。

单例模式的八种方式:

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

单例模式使用场景和细节说明:

• 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: 需要频繁的创建和销毁对象，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)。

1. 饿汉式(静态常量) 应用实例

• 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

class Singleton1 {
    // 1. 构造器私有化 外部能new
    public Singleton1() {
    }

    // 2. 本类内部创建对象实例
    private final static Singleton1 instance = new Singleton1();

    // 3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

代码有缺点:

• 优点: 写法简单，在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
• 缺点: 在类加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。
• 这总方式基于classloader机制规避了多线程的同步问题，不过 instance在类装载是就实例化，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导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果。
• 这种单例模式，可能会造成内存浪费。

2. 饿汉式(静态代码块)

class Singleton2 {
    // 1. 构造器私有化 外部能new
    public Singleton2() {
    }

    // 2. 本类内部创建对象实例
    private static Singleton2 instance;

    static { // 在静态代码块中,创建单例对象
        instance = new Singleton2();
    }

    // 3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton2 getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点

• 这种方式与静态常量方式类似，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，就执静态代码中的代码，初始化类的实例。 优缺点与静态常量写法相同。

3. 懒汉式(线程不安全)

• 代码演示:

class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance;

    private Singleton3() {

    }

    // 提供一个静态共有方法，当使用该方法时，才去创建instance, 即懒汉式
    public static Singleton3 getInstance() {
        if (null == instance) {
            instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }

}

优缺点:

• 起到了Lazy Loading的效果，但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。

4. 线程安全懒汉式(同步方法)

• 代码演示:

class Singleton4 {
    private static Singleton4 instance;

    private Singleton4() {
    }

    // 提供一个静态公有方法, 加入同步处理的代码, 解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton4 getInstance() {
        if (null == instance) {
            instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点:

• 解决了线程不安全问题
• 效率太低，每个线程在想获取类的实例时候，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，后面的想获取改类实例，直接return就行了。 方法同步效率太低。
• 结论: 在实际开发中，不推荐使用这种方式。

5. 线程安全懒汉式(同步代码块)

• 代码演示:

class Singleton5 {
    private static Singleton5 instance;

    private Singleton5() {
    }

    // 提供一个静态公有方法, 加入同步处理的代码, 解决线程安全问题
    public static Singleton5 getInstance() {
        if (null == instance) {
            
            synchronized (Singleton5.class){
                instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点:

• 对第四种方式的改进，前面同步方法效率太低。
• 但是这总同步并不能起到线程同步的作用。跟第三种实现方式遇到的情形一致，加入一个线程进入判断语句，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句。这是便会产生多个实例。

6. 双重检查

class Singleton6 {
    private static Singleton6 instance;

    private Singleton6() {
    }

    // 提供一个静态公有方法, 通过双if即双重检查锁的方式: synchronized中只有一个线程可以执行,第二个if中的语句只能被执行一次。
    // 解决线程安全和懒加载问题
    public static Singleton6 getInstance() {
        if (null == instance) {
            synchronized (Singleton6.class){
                if (null == instance) {
                    instance = new Singleton6();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点:

• Double-check概念是多线程开发中常用到的，如代码所示:我们进行了两次if(null == singleton)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(null == singleton) 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: 在实际开发中，推荐使用这种单例模式。

7. 静态内部类

class Singleton7 {
    private static Singleton7 instance;
    private Singleton7() {
    }
    // 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 Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
    }
    // 提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
    public static synchronized Singleton7 getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点:

• 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Singleton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低延迟加载，效率高。
• 结论: 推荐使用。

8.枚举

enum Singleton8 {
    INSTANCE;
}

优缺点:

• 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，而且还能方式反序列化重新创建新的对象。
• 这种方式是Effective Java做种Josh Bloch提倡的方式。
• 结论： 推荐使用。

单例模式在JDK中的运用

• java.lang.Runtime就是经典的单例模式
• 

最后

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