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  • 单例设计模式

    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

    饿汉式(静态常量)

    饿汉式(静态常量)实例对象构建步骤如下:
    1、构造器私有化(防止new );

    2、类的内部创建对象;

    3、向外暴露一个静态的公共方法。

    代码实现:

    /**
     * <h1>饿汉式-静态常量</h1>
     */
    public class HungryStaticVar {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1 == instance2); // true
            System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
            System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
        }
    }
    // 饿汉式-静态常量
    class Singleton{
    
        // 1、构造器私有化,禁止外部new对象
        private Singleton() {
        }
    
        // 2、本类内部创建对象实例
        private final static Singleton instance = new Singleton();
    
        // 3、提供一个公有的静态方法,返回实例对象
        public final static Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }
    

    饿汉式(静态常量)优缺点总结:

    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。所以说,这种单例模式可用,但是,可能造成内存浪费

    饿汉式(静态代码块)

    /**
     * <h1>饿汉式-静态代码块</h1>
     */
    public class HungryStaticCodeBlock {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            SingletonStaticCodeBlock instance1 = SingletonStaticCodeBlock.getInstance();
            SingletonStaticCodeBlock instance2 = SingletonStaticCodeBlock.getInstance();
            System.out.println(instance1 == instance2); // true
            System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
            System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
        }
    }
    
    // 饿汉式-静态代码块
    class SingletonStaticCodeBlock{
    
        // 1、构造器私有化,禁止外部new对象
        private SingletonStaticCodeBlock() {
        }
    
        // 2、本类内部创建对象实例
        private static SingletonStaticCodeBlock instance;
        static { // 在静态代码块中,创建单例对象
            instance = new SingletonStaticCodeBlock();
        }
    
        // 3、提供一个公有的静态方法,返回实例对象
        public final static SingletonStaticCodeBlock getInstance(){
            return instance;
        }
    }
    

    饿汉式(静态代码块)优缺点总结:

    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。

    懒汉式(线程不安全)

    /**
     * 懒汉式-线程不安全版本
     */
    public class Lazy {
    
        public static void main(String[] args) {
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1 == instance2); // true
            System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
            System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
        }
    }
    
    class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){
    
        }
        // 提供一个静态的公有方法,当时用到该方法时,才会创建instance
        public static Singleton getInstance(){
            if (instance == null)
                instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
    

    懒汉式(线程不安全)优缺点说明:
    1、起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。

    2、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。

    3、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)

    /**
     * 懒汉式-线程安全,同步方法
     */
    public class Lazy {
    
        public static void main(String[] args) {
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1 == instance2); // true
            System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
            System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
        }
    }
    
    class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){}
        // 加入同步代码,解决线程不安全问题
        public static synchronized Singleton getInstance(){
            if (instance == null)
                instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
    

    懒汉式(线程安全,同步方法)优缺点说明:
    1、解决了线程不安全问题;

    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。

    懒汉式(线程不安全,同步代码块)

    /**
     * 懒汉式-线程不安全,同步代码块
     */
    class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){}
        public static Singleton getInstance(){
            if (instance == null){
                synchronized (Singleton.class){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
    }
    

    懒汉式(线程安全,同步代码块)优缺点说明:
    1、这种方式,本意是想对第四种实现方式的改进,因为前面同步方法效率太低,改为同步产生实例化的的代码块。

    2、但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了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。

    因此,在实际开发中,不能使用这种方式。

    懒汉式(线程安全,同步代码块,双重检查)

    /**
     * 懒汉式(线程安全,同步代码块,双重检查)
     */
    class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){}
        public static Singleton getInstance(){
            if (instance == null){
                synchronized (Singleton.class){
                    if (instance == null)
                        instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
    }
    

    优缺点说明:
    1、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。

    2、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。

    3、线程安全;延迟加载;效率较高。

    因此,在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式。

    静态内部类

    /**
     * 静态内部类
     */
    class Singleton{
        private static Singleton instance;
        private Singleton(){}
    
        private static class SingletonInstance{
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        }
        public static Singleton getInstance(){
            return SingletonInstance.INSTANCE;
        }
    }
    

    静态内部类优缺点说明:

    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。

    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。

    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,推荐使用。

    枚举

    public class Lazy {
    
        public static void main(String[] args) {
            Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
            Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
            System.out.println(instance1 == instance2); // true
            System.out.println(instance1.hashCode());   // 1163157884
            System.out.println(instance2.hashCode());   // 1163157884
        }
    }
    
    /**
     * 枚举
     */
    enum Singleton{
        INSTANCE // 属性
    }
    

    枚举优缺点说明:
    1、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。

    2、这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式,推荐使用。

    单例设计模式总结

    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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