单例模式

介绍

类的单例设计模式，就是采取一定的方法来保证在整个软件系统中，某个类只存在一个对象实例。且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。

八种方式

单例模式有八种方式：

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

步骤

步骤大致如下：

1. 构造器私有化（防止外部new）
2. 类的内部创建对象
3. 向外提供一个静态公共方法（getInstance）

饿汉式（静态常量）

代码：

package singleton.type1;

public class Singleton {

	private Singleton() {
		
	}
	
	private static final Singleton instance = new Singleton();
	
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
}

测试代码：

package singleton.type1;

public class SingletonTest {

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

}

测试结果：

true
2018699554
2018699554

说明

1. 优点：写法简单，类装载时就完成了实例化。基于class loader机制避免了线程同步问题
2. 缺点：类装载时就完成了实例化，没有懒加载的效果。如果从始至终并未使用该实例，则造成内存浪费

结论：此模式可用，可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

代码：

package singleton.type2;

public class Singleton {

	private Singleton() {
		
	}
	
	private static final Singleton instance;
	
	static {
		instance = new Singleton();
	}
	
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
}

测试代码和测试结果同上

说明

1. 这种方式和上面类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中。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。优缺点同上。

结论：此模式可用，可能造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

代码：

package singleton.type3;

public class Singleton {

	private Singleton() {
		
	}
	
	private static Singleton instance;
	
	public static Singleton getInstance() {
		if(null == instance) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
	
}

说明

1. 优点：起到了懒加载效果，只在需要的时候才实例化对象
2. 缺点：只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if(null == instance)的判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时就会产生多个实例。所有在多线程环境下不可使用该方式。

结论：实际开发中，不要用这种方式

懒汉式（线程安全，同步方法）

代码：

package singleton.type4;

public class Singleton {

	private Singleton() {
		
	}
	
	private static Singleton instance;
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(null == instance) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
	
}

说明

1. 优点：解决了线程安全问题
2. 缺点：效率太低了。每个线程想获得类的实例对象时，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，后面想获取该类实例，直接返回就行了。方法同步效率太低

结论：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）

代码：

package singleton.type5;

public class Singleton {

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

说明

1. 该方式本意是对第四张方式的改进，因为同步方法效率太低，改为同步产生实例的代码块
2. 但是，这种方式并不能起到线程同步的作用。这里其实和第三种问题一样，加入一个线程进入了if(null == instance)语句块，还未执行下面的代码，另一个线程也通过了这个判断语句，还是会产生多个实例

结论：实际开发中， 不能使用这种方式

双重检查

代码：

package singleton.type6;

public class Singleton {

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

这里需要额外说明一下，volatile关键字使得某个线程对某个对象（变量）的修改，其他线程能立刻感知到。

说明

1. Double-Check概念是多线程开发中经常出现的，如代码所示，我们进行了两次if(null == instance)检查，这样就可以保证线程安全了
2. 第一次初始化时，即使是多线程，实例化代码也只执行一次。第一个线程进入同步块，实例化对象后，后面线程再次进入同步块时，判断if(null == instance)，此时对象不为空，故第二次进入同步块实际什么也没做，之后返回实例化对象
3. 之后再调用getInstance方法，在第一个if(null == instance)这里就跳过了同步块，直接返回实例化对象
4. 综上，线程安全，延迟加载，效率较高

结论：实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

代码：

package singleton.type7;

public class Singleton {

	private Singleton() {
		
	}
	
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}
	
	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
	
}

说明

1. 静态内部类在Singleton类加载时不会立即实例化，在需要时才会实例化，这里就是调用getInstance()方法时，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。实现了懒加载
2. 类的静态属性只会在第一次类加载的时候初始化，所以这里JVM帮我们保证了线程安全，在类初始化时，别的线程无法进入
3. 综上，线程安全，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：

package singleton.type8;

public enum Singleton {

	INSTANCE;
	
}

说明

1. 借助JDK1.5添加的枚举来实现单例模式
2. 不仅能避免多线程问题，还能防止反序列化重新创建新的对象

结论：推荐使用

JDK实例

在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）

总结

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. 当要实例化一个单例类时，记得使用相应的方法获取对象，而不是使用new
3. 单例模式使用场景：需要频繁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），但又经常要用到的对象、工具类对象，频繁访问数据库或文件的对象（如数据源，session工厂等）
4. 实际开发用类型：饿汉式（静态常量）、双重检查、静态内部类、枚举