Java 实现一个单例模式 java写一个单例模式

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墨染心语 2023-06-15 15:31:59

文章标签 Java 实现一个单例模式 java 设计模式单例模式 idea 文章分类 Java 后端开发

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）

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