单例模式

本文章根据 尚硅谷Java设计模式 中单例模式所编写

概念

所谓单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个软件按系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且改类只提供一个取得器对象实例的方法(静态方法)

单例模式的八种方式

1)饿汉式(静态常量)
/**
 *
 * 饿汉式单例(静态变量)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 8:59
 */
public class Hungry {

    // 1、构造器私有化
    private Hungry(){}

    // 2、本类内部创建对象实例
    private final  static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    // 3、提供一个共有的静态方法,返回实例对象
    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 获取Hungry对象实例
        Hungry instance1 = Hungry.getInstance();
        Hungry instance2 = Hungry.getInstance();

        // 对比
        System.out.println(instance1 == instance2);

        // 输出hash值
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点:
  • 优点:

这种写法比较简单,在类装载时就完成实例化,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,但是倒是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到之类装载,这时候初始化instance就没有道道lazy loading的效果
  • 结论:这种单例模式可用,但可能造成内存浪费
2)饿汉式(静态代码块)
/**
 *
 * 饿汉式单例(静态代码块)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 8:59
 */
public class Hungry01 {

    // 1、构造器私有化
    private Hungry01(){}

    // 2、本类内部创建对象实例
    private static Hungry01 instance;

    static {  //在静态代码块中,创建单例对象
        instance = new Hungry01();
    }

    // 3、提供一个共有的静态方法,返回实例对象
    public static Hungry01 getInstance(){
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 获取Hungry01对象实例
        Hungry01 instance1 = Hungry01.getInstance();
        Hungry01 instance2 = Hungry01.getInstance();

        // 对比
        System.out.println(instance1 == instance2);
        
		// 输出hash值
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点
  • 这种方式何上面的方式类似,只不过讲类实例化的过程发在了静态代码块中,也是在类装载的时候,就执行静态代码块的代码,初始化类的实例
  • 优缺点与上一个相同
  • 结论:这种单例模式可用,但可能造成内存浪费
3)懒汉式(线程不安全)
/**
 *
 * 懒汉式单例(线程不安全)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 8:59
 */
public class LazyMan02 {

    // 1、构造器私有化
    private LazyMan02() {}

    // 2、本类内部创建对象实例
    private static LazyMan02 instance;


    // 3、提供一个公有的静态方法,返回实例对象
    // 当使用到该方法的时候,才去创建instance,既懒汉式
    public static LazyMan02 getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new LazyMan02();
        }
        return instance;
    }
	
    public static void main(String[] args) {
        // 获取Hungry02对象实例
        LazyMan02 instance1 = LazyMan02.getInstance();
        LazyMan02 instance2 = LazyMan02.getInstance();
		
        // 对比
        System.out.println(instance1 == instance2);
		
        // 输出hash值
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点:
  • 起到了lazy loading的效果,但是只能在单线程下使用
  • 如果在多线程下,一个线程进入了if判断语句块中,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会差生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
  • 结论:在实际开发中,不要使用这种方式
4)懒汉式(线程安全,同步方法)

在上一个的基础上加了同步

/**
 *
 * 懒汉式单例(线程安全,同步方法)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 8:59
 */
public class LazyMan03 {

    // 1、构造器私有化
    private LazyMan03() {}

    // 2、本类内部创建对象实例
    private static LazyMan03 instance;


    // 3、提供一个公有的静态方法,加上同步
    // 当使用到该方法的时候,才去创建instance,既懒汉式
    public static synchronized LazyMan03 getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new LazyMan03();
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LazyMan03 instance1 = LazyMan03.getInstance();
        LazyMan03 instance2 = LazyMan03.getInstance();

        System.out.println(instance1 == instance2);

        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点
  • 解决了线程不安全问题
  • 效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行了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。方法进行同步小路太低了
  • 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式
5)懒汉式(线程安全,同步代码块)
/**
 *
 * 懒汉式单例(线程安全,同步代码块)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 8:59
 */
public class LazyMan04 {

    // 1、构造器私有化
    private LazyMan04() {}

    // 2、本类内部创建对象实例
    private static LazyMan04 instance;


    // 3、提供一个公有的静态方法,加上同步
    // 当使用到该方法的时候,才去创建instance,既懒汉式
    public static LazyMan04 getInstance() {

        if(instance == null) {
            synchronized(LazyMan04.class) {
                instance = new LazyMan04();
            }
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LazyMan04 instance1 = LazyMan04.getInstance();
        LazyMan04 instance2 = LazyMan04.getInstance();

        System.out.println(instance1 == instance2);

        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点
  • 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,改为同步产生实力化的代码块
  • 但是这种同步并不能起到线程同步的作用,跟第三种实现方式遇到的情形一直,加入一个线程进入了if判断语句块,还未来的及往下执行另一个线程也通过了这个判断语句,这是便会产生多个实例
  • 结论:在实际开发中,不能使用这种方式
6)双重检查(双重检测锁模式,DCL懒汉式单例)
/**
 *
 * 懒汉式单例(双重检测锁模式,DCL懒汉式单例)
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 9:06
 */
public class LazyMan {
    // 红绿灯
    private static  boolean world = false;

    private LazyMan() {
        synchronized (LazyMan.class) {
            if(world == false) {
                world = true;
            }else{
                throw new RuntimeException("不要试图用反射破环");
            }
        }
        //System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ok");
    }
	//所以我们要加volatile关键字告诉jvm它是易变的 不要优化策略而进行指令重排
    private volatile static LazyMan lazyMan;

    // 双重检测锁模式的 懒汉式单例 DCL懒汉式
    public static LazyMan getInstance(){
        if(lazyMan == null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(lazyMan == null){
                    lazyMan = new LazyMan(); //不是原子性操作
                    /*
                        1、分配内存空间
                        2、执行构造方法,初始化对象
                        3、把这个对象指向这个空间
						   虚拟机jvm执行时,可能会产生指令重排的现象 							 类似132 的顺序
                           这将导致并发场景下的另一线程想要获取实例时,
                           锁之前的判空就会认为不为空了
                           则会返回 指向未知内存的引用(因为实际上未执行构造方法)

                     */
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
/*
        //多线程并发
        for (int i = 0; i < 10; i++ ){
            new Thread(()->{
                LazyMan.getInstance();
            }).start();
        }*/

        //反射
        //LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
        // 通过反射获取红绿灯属性
        Field world = LazyMan.class.getDeclaredField("world");
        // 暴力破坏
        world.setAccessible(true);

        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
        // 暴力破坏
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 获得实例
        LazyMan instance = declaredConstructor.newInstance();

        // 设置红绿灯的值
        world.set(instance,false);
        // 获得实例
        LazyMan instance1 = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(instance1);
    }
}
优缺点:
  • Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码所示,我们进行了

两次if判断,这样可以保证线程安全

  • 这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if,直接retuen实例化对象,也避免的反复进行方法同步
  • 线程安全,延迟加载,效率较高
  • 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式
7)静态内部类
/**
 *
 * 静态内部类
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 10:24
 */
public class Holder {

    //构造器私有化
    private Holder(){}

    //提供一个静态的公有方法
    public static Holder getInstance(){
        return InnerClass.HOLDER;
    }

    //定义一个静态内部类,类中有一个静态属性
    public static class InnerClass{
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用静态内部内完成单例模式");
        Holder instance1 = Holder.getInstance();
        Holder instance2 = Holder.getInstance();

        System.out.println(instance1 == instance2);

        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}
优缺点:
  • 这种方式采用了类装载的机制来办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
  • 类的静态属性指挥在第一次记载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全行,在类进行初始化时,别的线程时无法进入的
  • 有点: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
  • 结论:推荐使用
8)枚举
/**
 *
 * 枚举单例
 *
 * @author World
 * @since 2021/7/17 10:18
 */
public enum EnumSingle {

    INSTANCE;       //属性

    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

class Test{

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EnumSingle instance1 = EnumSingle.INSTANCE;
        Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        // 暴力破坏
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 实例化
        EnumSingle instance2 = declaredConstructor.newInstance();

        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}
优缺点
  • 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
  • 这种方式时Effective java作者Josh Bloch提倡的方式
  • 结论:推荐使用

单例模式注意事项和细节说明

  • 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,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用new
  • 单例模式使用的场景:需要频繁创建销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(重量级对象),但用经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(数据源、session工厂等)