原文地址：Java 设计模式之单例模式（一）
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一、背景
没有太多原由，纯粹是记录和总结自己从业以来经历和学习的点点滴滴。
本篇内容为 Java 设计模式系列的第一篇。
二、简单介绍
2.1 定义
单例模式是一种对象创建型模式，保证一个类只有一个实例，并且提供能对该实例加以访问的全局方法。
2.2 应用场景
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操作系统的任务管理器
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读取配置文件的类
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数据库连接池
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Javaweb 中的 Servlet 实例
-
Spring 创建的实例，默认为单例
...
三、实现方式
常用的实现方式有饿汉式、懒汉式和枚举类。
本篇文章主要讲饿汉式和懒汉式的单例模式。
共同点：将构造方法私有化，并且提供一个公共的方法访问该类的实例对象。
我们以任务管理器为例进行演示。
3.1 饿汉式
public class TaskManager {
private static TaskManager tm = new TaskManager();
private TaskManager() {
}
public static TaskManager getInstance() {
return tm;
}
}
优点：线程安全，不用加同步锁，因此在高并发时调用效率高。
缺点：不能懒加载，如果不使用该类的实例，浪费内存资源。
3.2 懒汉式
public class TaskManager {
private static TaskManager tm;
private TaskManager() {
}
public static synchronized TaskManager getInstance() {
if (tm == null) {
tm = new TaskManager();
}
return tm;
}
}
优点：实现懒加载，合理利用系统资源。
缺点：需要添加同步锁，高并发时调用效率不高。
注意点：上边的懒汉式可以通过反射机制创建多个实例。
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("com.light.gof.singleton.TaskManager");
Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
// 跳过检测机制
constructor.setAccessible(true);
TaskManager tm1 = (TaskManager) constructor.newInstance();
TaskManager tm2 = (TaskManager) constructor.newInstance();
System.out.println(tm1 == tm2);// 结果返回 false
}
}
3.3 优化方式
将饿汉式和懒汉式的优点集中起来。
public class TaskManager {
private TaskManager() {
}
private static class InnerTaskManager {
private static final TaskManager tm = new TaskManager();
}
public static TaskManager getInstance() {
return InnerTaskManager.tm;
}
}
外部类没有静态属性，因此不会像饿汉式立即加载对象。
只有当调用公共方法（getInstance）时，才会加载静态内部类。加载内部类的过程是线程安全的。
内部类中通过 static final 确保内存中只有一个外部类的实例，因为实例变量（tm）只能被赋值一次。
四、UML 类图
类图表现如下：
五、性能比较
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 线程数
int num = 10;
// 计数器
CountDownLatch cd = new CountDownLatch(num);
long t1 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < num; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
// 此处替换不同实现方式的单例代码进行测试
TaskManager tm = TaskManager.getInstance();
}
cd.countDown();
}
}).start();
}
// 主线程等待
cd.await();
System.out.println("耗时：" + (System.currentTimeMillis() - t1) + "ms");
}
}
测试结果：
| 实现方式 | 耗时 |
|---|---|
| 饿汉式 | 3ms |
| 懒汉式 | 12ms |
| 内部类方式 | 4ms |
测试结果是相对的，硬件配置不同，测试结果不同，但是对于这个 3 种实现方式，它们的用时比例应该大致相同。