设计模式之——单例模式

引言

　　设计模式分为三种类型：

　　1）创建者模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式

　　2）结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式

　　3）行为型模式：模板方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)

一、单例模式

　　所谓的单例模式，就是采取一定的方法保证在整个软件系统中，对于某个类只能存在一个实例对象，并且该类只对外提供一个获取该对象的方法（静态方法）

　　单例模式有七种方式：

　　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）双重检查

　　6）静态内部类

　　7）枚举

　1）饿汉式（静态常量）【主】

public class singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
    }
}
class Singleton{
    private Singleton(){}//构造器私有化
    private final static Singleton singleton= new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

　　这种方式在类初始化时就会完成 “单例对象” 的实例化，避免了线程安全问题。但同时这也是他的缺点，假如此类还有其他静态方法和属性，可能调用方调用的并不是getInstance方法，并不会使用此 “单例对象”，但是调用了类的其他静态方法非final成员势必导致类的初始化，而一旦类初始化，就会初始化此 “单例对象”，这会造成一定的空间浪费，没有达到懒加载的效果。

　2）饿汉式（静态代码块）【次】

public class singleton2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
    }
}
class Singleton{
    private Singleton(){}
    private final static Singleton singleton;
　　//final修饰的变量可以在静态代码块、代码块和构造器中赋值
    static {
        singleton = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

　3）懒汉式（线程不安全）【次】

public class singleton1 {
public static void main(String[] args) {
　　for(int i=0;i<20;i++) {
　　　　new Thread(() -> {
　　　　　　Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
　　　　　　System.out.println(singleton2);
　　　　},"Thread"+i).start();
　　　　}
　　}
}
class Singleton{
　　private Singleton(){}
　　private static Singleton singleton;
　　public static Singleton getInstance() {
　　if(singleton == null)
　　　　return singleton = new Singleton();
　　　　return singleton;
　　}
}

　　这样的方式是线程不安全的，假设现在有两个线程A、B，线程A在进入 if(singleton == null)后并没有来得及创建对象，CPU就将资源转给了线程B，因为线程A此前并没有将类成员singleton实例化，所以线程B进入了if后创建了对象并返回，此时A线程拿到资源后加载上下文继续创建了对象。由此可知在多线程的情况下这种方式并不安全。所以在实际开发中不要使用这种方式。

com.qlu.singleton.Singleton@10d49a2
com.qlu.singleton.Singleton@10d49a2
com.qlu.singleton.Singleton@1fae4985
com.qlu.singleton.Singleton@10d49a2
.
.
.

　4）懒汉式（线程安全，同步方法）【主】

public class singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<20;i++) {
            new Thread(() -> {
                Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
                System.out.println(singleton2);
            },"Thread"+i).start();
        }
    }
}
class Singleton{
    private Singleton(){}
    private static Singleton singleton;
    public static synchronized Singleton getInstance() {//加锁
        while(singleton == null)
            return singleton = new Singleton();
        return singleton;
    }
}

　　但是这样效率比较低，不推荐使用。

　5）双重检查

public class singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<20;i++) {
            new Thread(() -> {
                Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
                System.out.println(singleton2);
            },"Thread"+i).start();
        }
    }
}
class Singleton{
    private Singleton(){}
    private static volatile Singleton singleton;
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(singleton == null) {
                    return singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　这种方式是线程安全的，假设现在有两个线程A、B，线程A在进入 if(singleton == null)后并没有来得及创建对象，CPU就将资源转给了线程B，因为线程A此前并没有将类成员singleton实例化，所以线程B进入了if后创建了对象并返回，此时A线程拿到资源后加载上下文开始if判断，由于B已经创建对象，所以并不能执行if里面的代码。由此可知在多线程的情况下这种方式是安全的，所以在实际开发中推荐使用这种方式。

　6）静态内部类【推荐使用】

public class singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<20;i++) {
            new Thread(() -> {
                Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
                System.out.println(singleton2);
            },"Thread"+i).start();
        }
    }
}
class Singleton{
    private Singleton(){}
    
    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

　7）枚举

public class singleton1 {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0;i<20;i++) {
            new Thread(() -> {
                Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE;
                singleton2.say();
            },"Thread"+i).start();
        }
    }
}
enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void say() {
        System.out.println("hello");
    }
}

二、JDK中使用的单例模式

　饿汉式的RunTime：

　

三、单例模式的应用场景

　1）单例模式的应用变量为什么要倍设计成static修饰呢？类本身多外暴露的接口时static的

　2）单例模式保证了系统内存（方法区）中该类只要一个对象，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的性能，对于一些经常使用到的 “重量级” 的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件系统的对象，使用单例模式也是很好的选择。