探索java设计模式（2）之单例设计模式

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java设计模式之单例设计模式

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单例设计模式

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：
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（推荐使用）
7) 静态内部类（推荐使用）
8) 枚举（推荐使用）

1.饿汉式（静态常量）（保证一定会使用的情况下也推荐使用）
饿汉式（静态常量）应用实例
步骤如下：

1) 构造器私有化 (防止通过 new 创建对象，通过类名来获取到类的实例对象)
2) 类的内部创建对象（用public static final修饰，与类有关，能够通过类直接访问）
3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
4) 代码实现

package type1;

public class SingleTonDemo1 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance==instance2);
	}

}

//饿汉式（静态常量）
class Singleton{
	//1.构造器私有化,外部不能通过构造方法进行创建对象
	private Singleton(){

	}

	//	2.本类内部创建实例对象,类加载的时候就创建对象实例
	private final static Singleton instance=new Singleton();

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

优缺点说明：
1)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。
2) 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
3) 这种方式基于 类加载 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 懒加载 的效果
4) 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

2.饿汉式（静态代码块）
其实和上面的代码差不多，就是把创建instance对象放在静态代码块中，类加载的一样会进行初始化。

package type2;

public class SingleTonDemo2 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance==instance2);
	}

}

//饿汉式（静态代码快）
class Singleton{
	//1.构造器私有化,外部不能通过构造方法进行创建对象
	private Singleton(){

	}

	//	2.本类内部创建实例对象,类加载的时候就创建对象实例
	private static Singleton instance;

	static {
		instance=new Singleton();
	}

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

优缺点说明：
1)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。
2) 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。

3.懒汉式(线程不安全)
当需要instance对象的时候，才调用方法进行初始化，达到懒加载的效果，弥补了饿汉式的缺点。

案例解析：

package type3;

public class SingleTonDemo3 {
	public static void main(String[] args) {
		SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
		SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
		System.out.println(instance==instance2);
	}
}

class SingleTon{
	private static SingleTon instance;
	private SingleTon() { }

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

优缺点说明：
1)起到了懒加载的效果，但是只能在单线程下使用。

解析：
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，这也是懒汉式线程不安全写法的一个缺点。

2. 结论：在实际开发中， 不要使用这种方式。

4.懒汉式(线程安全，同步方法)
与上面线程不安全的写法不同的是，在getInstance()方法中加入synchronized关键字，用于同步处理代码，当一个线程进来的时候，其他现成先排队等着，等这个线程调用完毕后在进来其他线程，这样就保证系统中只有一个对象，确保线程互斥的访问同步代码。

synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

案例：

package type4;


public class SingleTonDemo4 {
	public static void main(String[] args) {
		SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
		SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
		System.out.println(instance==instance2);
	}
}

class SingleTon{
	private static SingleTon instance;
	private SingleTon() { }

	//	提供一个静态共有方法，加入了同步处理的代码，解决了线程安全的问题
	public static synchronized SingleTon getInstance(){
		if (instance==null){
			instance=new SingleTon();
		}
		return instance;
	}


}

优缺点说明：
1)解决了 线程安全的问题
2) 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。
3) 结论：在实际开发中， 不推荐使用这种方式

5、懒汉式(线程安全，同步代码块)

这种方式是不推荐的，因为没有解决多线程的问题。

6、双重检查（推荐使用）
1)双重检查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) 通过双重检查，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。

实现过程：假如有三个进程需要该实例，第一a,b两个进程几乎同时到达，判断为空进入到第一层if里面，由于实例化的代码部分添加了synchronize，表示同步代码，这是a,b只有一个能进入到同步代码里面，进行第二层if，假如为空，则创建对象，这时instance就以加入到主存（volatile），当第二个进程进入同步代码里面的时候，已经不再为空，直接return。当第三个进程进入第一层if的时候，不为空也直接return。

7、静态内部类（推荐使用）

实现方式：
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（SingletonInstance ）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。
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。（当需要实例化Singleton ，调用getInstance ()，才会去加载初始化静态内部类）
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。

8、枚举（推荐使用）
优缺点说明：
1)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。

单例模式在 JDK 应用的源码分析
在JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)

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)

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