2.java设计模式之单例模式

• 设计模式是面对同类软件工程设计问题所总结出来有用的经验，模式不是代码，是某类问题通用的解决方式
• 设计模式的本质是提高软件的维护性，通用性和扩展性，并降低软件的复杂度
• java设计模式共23种，分为三类
  • 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式
  • 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
  • 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、责任链模式

基本介绍

​ 采取一定的方法保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个实例对象，并且该类只提供一个取得其对象实例的静态方法，共有8种方式

代码实现

1. /**
   * 饿汉式（静态常量）
   * 优缺点
   * 写法简单，在类装载的时候完成实例化，避免的了线程安全问题
   * 没有起到延迟加载的作用，如一直没使用过该对象，则造成了内存的浪费
   * 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
   *
   */
   class Singleton {
   
      private static Singleton singleton = new Singleton();
   
      /**
       * 私有化构造 防止外部创建
       */
      private Singleton() {}
   
      public static Singleton getInstance() {
          return singleton;
      }
   
   }
   

2. /**
   * 饿汉式（静态代码块）
   * 优缺点：
   * 和饿汉式（静态变量）的一样，只不过将实例化放在了静态代码块中
   */
   class Singleton {
   
      private static Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      static {
          singleton = new Singleton();
      }
   
      public static Singleton getInstance() {
          return singleton;
      }
   
   }
   

3. /**
   * 懒汉式（线程不安全）
   * 优缺点：
   * 起到了延迟加载的效果，但在多线程环境下会有线程安全问题
   * 例如：在同一时间有多个线程进入了if语句块 不建议使用该方式
   */
   class Singleton {
   
      private static Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      /**
       * 用到时再创建实例对象
       * @return
       */
      public static Singleton getInstance() {
          if (null == singleton) {
              singleton = new Singleton();
          }
          return singleton;
      }
   }
   

4. /**
   * 懒汉式（同步方法）
   * 优缺点：
   * 解决了线程安全问题，但效率太低，创建实例的代码只需执行一次 不推荐使用
   */
   class Singleton {
   
      private static Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      /**
       * 使用同步方法保证线程安全
       * @return
       */
      public synchronized static Singleton getInstance() {
          if (null == singleton) {
              singleton = new Singleton();
              // 注意：此处的同步代码块完全多余 根本解决不了线程安全问题
              // 同一时间有多个线程计入到if语句块，仍会创建多个实例
              synchronized (Singleton.class) {
                  singleton = new Singleton();
              }
          }
          return singleton;
      }
   
   }
   

5. /**
   * 懒汉式（同步代码块）
   * 优缺点：
   * 没有解决了线程安全问题，不推荐使用
   */
   class Singleton {
   
      private static Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      public static Singleton getInstance() {
          if (null == singleton) {
              // 注意：此处的同步代码块完全多余 根本解决不了线程安全问题
              // 同一时间有多个线程计入到if语句块，仍会创建多个实例
              synchronized (Singleton.class) {
                  singleton = new Singleton();
              }
          }
          return singleton;
      }
   
   }
   

6. /**
   * 懒汉式（双重检查）
   * 优缺点：
   * Double-Check解决的多线程的线程安全问题，创建实例的方法只执行了一次，并且起到了延迟加载的作用
   * 第一层的if提高了效率 ，推荐使用该方式
   */
   class Singleton {
   
      private static volatile Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      public static Singleton getInstance() {
          if (null == singleton) {
              // 即使多个线程同时进入了该if语句，实例化的代码只会执行一次
              synchronized (Singleton.class) {
                  if (null == singleton) {
                      singleton = new Singleton();
                  }
              }
          }
          return singleton;
      }
   
   }
   

7. /**
   * 静态内部类
   * 优缺点：
   * 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
   * 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
   * 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
   * 实现了线程安全，延迟加载，效率高，推荐使用
   */
   class Singleton {
   
      private static volatile Singleton singleton;
   
      private Singleton() {}
   
      /**
       * 静态内部类
       */
      private static class SingletonInstance {
          private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
      }
   
      public static Singleton getInstance() {
          return SingletonInstance.INSTANCE;
      }
   
   }
   

8. /**
   * 枚举
   * 优缺点：
   * 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 推荐使用
   */
   enum  Singleton {
   
      INSTANCE;
   
   }
   

jdk源码

• jdk源码中Runtime类使用饿汉式

• public class Runtime {
     private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
  
     /**
      * Returns the runtime object associated with the current Java application.
      * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
      * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
      *
      * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
      *          Java application.
      */
     public static Runtime getRuntime() {
         return currentRuntime;
     }
  
     /** Don't let anyone else instantiate this class */
     private Runtime() {}
     
     ......
  }
  

注意事项

• 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
• 当想实例化一个单例类的时候，必须要使用相应的获取对象的方法，而不是使用new
• 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)