设计模式-单例模式

盼来一朵云2024-04-15 22:48

介绍

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。

单例设计模式的八种方式

  1. 饿汉式(常量，线程安全)
  2. 饿汉式(静态代码块，线程安全)
  3. 懒汉式(线程不安全)
  4. 懒汉式(线程安全，同步方法)
  5. 懒汉式(线程不安全，同步代码块)
  6. 懒汉式(双重检查锁)
  7. 懒汉式(静态内部类)
  8. 枚举

饿汉式(常量，线程安全)

复制代码 
public class SingletonTest01 {

    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 饿汉式(静态变量) // 线程安全
class Singleton {
    // 1.构造器私有化，外部能new
    private Singleton(){
        
    }
    
    // 2在类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    
    // 提供一个公有的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

优缺点说明

  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

饿汉式(静态代码块，线程安全)

复制代码 
public class SingletonTest02 {

    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 饿汉式(静态变量) 线程安全
class Singleton {
    // 1.构造器私有化，外部能new
    private Singleton(){
        
    }


    // 2。在类内部创建对象实例
    private static Singleton instance;

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

    // 提供一个公有的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

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

懒汉式(线程不安全)

复制代码 
public class SingletonTest03 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式1，线程不安全");
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 懒汉式 线程不安全
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    // 即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

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 (singleton == 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

懒汉式(线程安全，同步方法)

复制代码 
public class SingletonTest04 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式2，线程安全");
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，加入同步代码块，解决线程安全问题
    // 即懒汉式
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明

  1. 解决了线程不安全问题
  2. 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance0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

懒汉式(线程不安全，同步代码块)

复制代码 
public class SingletonTest05 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式3，线程不安全");
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 懒汉式(线程不安全，同步方法)
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，加入同步代码块，解决线程安全问题
    // 即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            // 此时可能有多个线程在这等待，等锁释放还是会创建多个实例，所以线程不安全
            synchronized (Singleton.class){
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明

  1. 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，改为同步产生实例化的的代码块
  2. 但是这种同步并不能起到线程同步的作用 。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == nul)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
  3. 结论:在实际开发中，不能使用这种方式

懒汉式(双重检查锁)

复制代码 
public class SingletonTest06 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("双重检查锁");
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，加入双重检查锁，加入同步代码块，解决线程安全问题
    // 同时效率较高
    // 即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        // 双重检查锁
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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 (singleton == nul)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 (singleton == 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

懒汉式(静态内部类)

复制代码 
public class SingletonTest07 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
        // 测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
    }
    
}

// 静态内部类完成
class Singleton {
    // 构造器私有化
    private Singleton() {}

    // 写一个静态内部类，该类中有一个静态属性 Singleton
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    // 提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

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。
  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

枚举

复制代码 
public class SingletonTest08 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        // true 表示两个对象为同一个引用 
        System.out.println(instance1 == instance);
        System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
        System.out.println("instance1.hashCode() = " + instance1.hashCode());
        
        instance.sayOK();
    }
    
}

// 使用枚举，可以实现单例，推荐
enum Singleton {
    INSTANCE; // 属性
    public void sayOK(){
        System.out.println("ok~~");
    }
}

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. 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式
  3. 结论:推荐使用

单例模式在JDK的应用

JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

因为Runtime创建了是一定会被使用的，所以可以采取饿汉式

复制代码 
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;
    }

单例模式的注意事项和细节说明

  1. 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
  2. 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
  3. 单例模式使用的场景: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)
相关推荐
卡尔特斯3 小时前
Android Kotlin 项目代理配置【详细步骤（可选）】
android·java·kotlin
白鲸开源3 小时前
Ubuntu 22 下 DolphinScheduler 3.x 伪集群部署实录
java·ubuntu·开源
ytadpole3 小时前
Java 25 新特性 更简洁、更高效、更现代
java·后端
纪莫3 小时前
A公司一面：类加载的过程是怎么样的？ 双亲委派的优点和缺点？ 产生fullGC的情况有哪些？ spring的动态代理有哪些？区别是什么？ 如何排查CPU使用率过高？
java·java面试⑧股
JavaGuide4 小时前
JDK 25（长期支持版） 发布，新特性解读！
java·后端
用户3721574261354 小时前
Java 轻松批量替换 Word 文档文字内容
java
白鲸开源4 小时前
教你数分钟内创建并运行一个 DolphinScheduler Workflow！
java
晨米酱5 小时前
JavaScript 中"对象即函数"设计模式
前端·设计模式
Java中文社群5 小时前
有点意思！Java8后最有用新特性排行榜！
java·后端·面试
代码匠心5 小时前
从零开始学Flink：数据源
java·大数据·后端·flink
热门推荐
01UV 工具安装与国内镜像源配置指南02GitHub 镜像站点0346个Nano-banana 精选提示词，持续更新中04Claude Code 平替：OpenAI发布 Codex CLI ，GPT-5 国内直接使用05UV安装并设置国内源06保姆级教程：手把手教你用Dify实现完美多轮对话（附Chatflow和提示词）07A股预测还能更准？开源大模型Kronos带你跑通预测+回测全流程08Spec-Kit 使用指南09解决 WSL Ubuntu 中 /etc/resolv.conf 自动重置问题10KGG转MP3工具|非KGM文件|解密音频