23种设计模式之单例模式

单例模式

单例模式分八种方式

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

饿汉式（静态常量）

public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {

        // 测试
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

/**
 * 饿汉式（静态变量）
 * */
class Singleton {

    /**
     * 构造函数私有化，外部不能new
     * @param []
     * @date 2019/7/28 9:50
     **/
    private Singleton() {

    }

    /**
     * 本类内部创建实例对象
     * */
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    /**
     * 对外提供接口获取对象
     * @param []
     * @date 2019/7/28 9:51
     * @return Singleton
     **/
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

}

　　优缺点说明：
1）优点：这种写法比较简单，就是在类加载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
2）缺点：在类加载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading（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）结论：这种方式可用，可能造成内存浪费。

饿汉式（静态代码块）

public class SingletonTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // true
    }
}

/**
 * 饿汉式（静态代码块）
 * */
class Singleton {

    /**
     * 构造函数私有化，外部不能new
     * @param []
     * @date 2019/7/28 9:50
     **/
    private Singleton() {

    }

    /**
     * 本类内部创建实例对象
     * */
    private static Singleton instance;

    /**
     * 在静态代码块中实例化对象
     * */
    static {
        instance = new Singleton();
    }

    /**
     * 对外提供接口获取对象
     * @param []
     * @date 2019/7/28 9:51
     * @return Singleton
     **/
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

　　优缺点：
1）这种方式和上面的方式类似的，优缺点一致。
2）结论：这种方式可用，但可能会造成内存浪费。

懒汉式（线程不安全）

public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // true
    }
}

/**
 * 懒汉式（线程不安全）
 * */
class Singleton {

    /**
     * 创建未初始化的对象
     * */
    private static Singleton instance;

    /**
     * 构造函数私有化
     * */
    private Singleton() {

    }

    /**
     * 对外提供接口并实例化对象
     * 当使用该方法时，才实例化对象
     * */
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

　　优缺点：
1）起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程的环境下使用。
2）如果在多线程下，一个线程进入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判断语句，这是就会造成多实例现象。
3）结论：在实际开发中，不可使用。

懒汉式（同步方法，线程安全）

public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

/**
 * 懒汉式（同步方法，线程安全）
 * */
class Singleton {

    /**
     * 创建未实例化对象
     * */
    private static Singleton instance;

    /**
     * 构造函数私有化
     * */
    private Singleton(){}

    /**
     * 在同步锁下，进行判断实例化对象
     * @param []
     * @date 2019/7/28 10:33
     * @return Singleton
     **/
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }

        return instance;
    }

}

　　优缺点：
1）解决了线程不安全问题。
2）效率太低，每个线程在想获取实例时，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只要执行一次就行，后面想获取该类实例，直接return就行了。
3）结论：在实际开发中，不可用。

懒汉式（同步代码块，线程不安全）

public class SingletonTest05 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

/**
 * 懒汉式（同步代码块，线程不安全）
 * */
class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }

        return instance;
    }
}

　　优缺点：
1）这种方式本意是为了解决第四种方式效率低的问题。
2）但是这种同步并不能起到线程同步的作用，和第三种方式遇到的情况类似。
3）结论：在实际开发中，不可使用。

双重检验

public class SingletonTest06 {
    public static void main(String[] args) {
        // 校验
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

/**
 * 双重校验
 * */
class Singleton {

    /** 创建未实例化对象 */
    private static volatile Singleton instance;

    /** 构造函数私有化 */
    private Singleton() {}

    /**
     * 进行双重校验，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题，并且解决了效率问题
     * @param []
     * @date 2019/7/28 10:55
     * @return Singleton
     **/
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }

        return instance;
    }
}

　　优缺点：
1）Double-Check概念是多线程开发中经常使用的方式，如代码中所示，通过两重if(instance == null)检查，保证了线程安全。
2）这样，实例化代码只要执行一次，后面再次访问就直接返回实例化对象，避免了重复的进行方法同步。
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。

静态内部类

public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(s1 == s2); // true
    }
}

/**
 * 静态内部类
 * */
class Singleton {

    /**
     * 构造函数私有化
     * */
    private Singleton() {}

    /**
     * 静态内部类，该类中实例化Singleton属性
     * */
    private static class SingletonInstance {
        private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    /**
     * 对外提供接口获取实例化对象
     * */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }

}

　　优缺点：
1）这种方式利用类装载机制保证了在初始化实例时只有一个线程。
2）静态内部类方式在Singleton类被装载时不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance()方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成了Singleton的实例化。
3）类的静态属性只会在第一次加载类时初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程安全。
4）优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现了延迟加载，并且效率较高。
5）结论：在实际开发中，推荐使用。

枚举

public class SingletonTest08 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton s2 = Singleton.INSTANCE;

        System.out.println(s1 == s2); // true
        s1.sayOk();
    }
}

/**
 * 枚举
 * */
enum Singleton {
    /**
     * 属性
     * */
    INSTANCE;
    public void sayOk() {
        System.out.println("ok");
    }
}

　　优缺点：
1）通过枚举方式实现的单例模式。不仅可以避免多线程问题，而且还能防止反序列化重新创建对象。
2）这种方式也是Effective Java作者提倡的方式。
3）结论：推荐使用。

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，对于一些频繁创建销毁对象，使用单例模式可以提高系统性能。
2）单例模式使用场景：需要频繁的进行创建和销毁对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多（即重量级对象），但又经常使用的、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（数据源、session工厂）。

总结：在使用单例模式时，考虑的问题无非就是线程是否安全、是否延迟加载、效率是否高等问题。当线程安全、延迟加载、效率较高时，该方式的单例模式就可用。