java 设计模式之单例模式

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。

其实单例就是那些很明显的使用场合，没有之前学习的那些模式所使用的复杂场景，只要你需要使用单例，那你就使用单例，简单易理解。

单例模式有7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

package com.yckj.design.singleton;

import java.util.concurrent.*;

public class Singleton {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //test01();
        //test02();
        //test03();
        //testUnsafe03();
        //testUnsafe04();
        //testSafe05();
        //testSafe06();
        //testSafe07();
        //testSafe08();
        //test09();
        test10();

    }

    public static void test01(){
        Singleton01 instance = Singleton01.getInstance();
        Singleton01 instance2 = Singleton01.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }
    public static void test02(){
        Singleton02 instance = Singleton02.getInstance();
        Singleton02 instance2 = Singleton02.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }

    public static void test03(){
        Singleton03 instance = Singleton03.getInstance();
        Singleton03 instance2 = Singleton03.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }

    public static void testUnsafe03(){
        new Thread(new LaySingleton()).start();
        new Thread(new LaySingleton()).start();

    }
    public static void testUnsafe04() throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton03> future1 = service.submit(new LaySingleton02());
        Future<Singleton03> future2 = service.submit(new LaySingleton02());
        Singleton03 instance01 = future1.get();
        Singleton03 instance02 = future2.get();
        service.shutdown();
        System.out.println(instance01==instance02);
        System.out.println(instance01.hashCode());
        System.out.println(instance02.hashCode());
        /**
         * 上面的测试结果
         * 第一次：
         * false
         * 1173230247
         * 856419764
         *
         * 第二次：
         * true
         * 1173230247
         * 1173230247
         */
    }


    public static void testSafe05(){
        new Thread(new LaySingleton03()).start();
        new Thread(new LaySingleton03()).start();

    }
    public static void testSafe06() throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton04> future1 = service.submit(new LaySingleton04());
        Future<Singleton04> future2 = service.submit(new LaySingleton04());
        Singleton04 instance01 = future1.get();
        Singleton04 instance02 = future2.get();
        service.shutdown();
        System.out.println(instance01==instance02);
        System.out.println(instance01.hashCode());
        System.out.println(instance02.hashCode());
    }


    public static void testSafe07(){
        new Thread(new LaySingleton05()).start();
        new Thread(new LaySingleton05()).start();

    }
    public static void testSafe08() throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future<Singleton05> future1 = service.submit(new LaySingleton06());
        Future<Singleton05> future2 = service.submit(new LaySingleton06());
        Singleton05 instance01 = future1.get();
        Singleton05 instance02 = future2.get();
        service.shutdown();
        System.out.println(instance01==instance02);
        System.out.println(instance01.hashCode());
        System.out.println(instance02.hashCode());
    }

    public static void test09(){
        Singleton06 instance = Singleton06.getInstance();
        Singleton06 instance2 = Singleton06.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }
    public static void test10(){
        Singleton07 instance = Singleton07.INSTANCE;
        Singleton07 instance2 = Singleton07.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }

}


//饿汉式

/**
 * 1)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。
 * 2)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
 * 3)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
 * 4)结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费
 */
class Singleton01 {

    //创建对象实例
    private static final Singleton01 instance = new Singleton01();

    //构造私有化
    private Singleton01() {
    }

    //提供公有静态方法 返回对象实例
    public static Singleton01 getInstance() {
        return instance;
    }
}
/*==========================================================================================================================*/

//饿汉式 使用静态块创建单例
/**
 * 优缺点说明：
 * 1)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。
 * 2)结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费
 */
class Singleton02 {
    private static Singleton02 instance;

    static {
        instance = new Singleton02();
    }

    //提供公有的静态方法，返回对象实例
    public static Singleton02 getInstance() {
        return instance;
    }
}


/*==========================================================================================================================*/

//懒汉式 （线程不安全,通过LaySingleton和LaySingleton02 多线程测试 ）
/**
 *
 * 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 (instance == 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.
 *
 */
class Singleton03 {
    //创建对象实例
    private static Singleton03 instance;

    //构造私有化
    private Singleton03() {
    };

    //提供公有静态方法，返回对象实例
    public static Singleton03 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton03();
        }
        return instance;
    }
}

class LaySingleton implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        Singleton03 instance = Singleton03.getInstance();
        System.out.println(instance.hashCode());
    }
}

class LaySingleton02 implements Callable<Singleton03> {

    @Override
    public Singleton03 call() throws Exception {
        Singleton03 instance = Singleton03.getInstance();
        //System.out.println(instance.hashCode());
        return instance;
    }
}

/*==========================================================================================================================*/

//懒汉式 （线程安全，同步代码块 ,通过LaySingleton03和LaySingleton04 多线程测试 ）
/**
 *
 * 1)解决了线程安全问题
 * 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
 *
 */
class Singleton04{
    //创建对象实例
    private static Singleton04 instance;

    //构造私有化
    private Singleton04() {
    };

    //提供公有静态方法，返回对象实例  加入同步代码块解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton04 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton04();
        }
        return instance;
    }
}



class LaySingleton03 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        Singleton04 instance = Singleton04.getInstance();
        System.out.println(instance.hashCode());
    }
}

class LaySingleton04 implements Callable<Singleton04> {

    @Override
    public Singleton04 call() throws Exception {
        Singleton04 instance = Singleton04.getInstance();
        //System.out.println(instance.hashCode());
        return instance;
    }
}

/*==========================================================================================================================*/
// 双重标准检查 懒汉式(线程安全，加入双重检查代码，解决线程安全问题 ,通过LaySingleton05和LaySingleton06 多线程测试 )

/**
 * 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 (instance == 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 (instance == 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
 * 4)结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
 */
class Singleton05{
    //创建对象实例
    private static volatile Singleton05 instance;//保证多线程下变量的可见性

    //构造私有化
    private Singleton05() {
    };

    //提供公有静态方法，返回对象实例  加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
    //同时保证了效率, 推荐使用
    public static  Singleton05 getInstance() {
        if (instance == null) {//第一次判断
            synchronized (Singleton05.class){
                if (instance==null){//第二次判断
                    instance = new Singleton05();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}


class LaySingleton05 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        Singleton05 instance = Singleton05.getInstance();
        System.out.println(instance.hashCode());
    }
}

class LaySingleton06 implements Callable<Singleton05> {

    @Override
    public Singleton05 call() throws Exception {
        Singleton05 instance = Singleton05.getInstance();
        //System.out.println(instance.hashCode());
        return instance;
    }
}



/*==========================================================================================================================*/
//静态内部类 创建

/**
 *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 Singleton06 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
 * 5)结论：推荐使用.
 */
class Singleton06{

    private static volatile Singleton06 instance;

    //构造器私有化
    private Singleton06() {
    }

    //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton06 INSTANCE = new Singleton06();
    }

    //提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    public static synchronized Singleton06 getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }

}

/*==========================================================================================================================*/
//枚举创建单例
/**
 * 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)结论：推荐使用
 */
enum Singleton07{
    INSTANCE;
    Singleton07() {
    }
}