Singleton单例模式(Java代码实现)——创建型模式

在本人所编写的关于23种设计模式的文章中，前言基本上都是一样的，读者可以从章节2开始阅读，本篇是关于创建型模式中单例模式（Singleton Pattern）的详解。

1.前言

根据Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文译名：设计模式 - 可复用面向对象软件的基础） 一书，四位作者把设计模式分为三大类，分别如下：

1.创建型模式
这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。

• 单例模式（Singleton Pattern）
• 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
• 工厂方法模式（Factory Method Pattern）
• 建造者模式（Builder Pattern）
• 原型模式（Prototype Pattern）

2.结构型模式
这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。

• 适配器模式（Adapter Pattern）
• 桥接模式（Bridge Pattern）
• 组合模式（Composite Pattern）
• 装饰器模式（Decorator Pattern）
• 外观模式（Facade Pattern）
• 享元模式（Flyweight Pattern）
• 代理模式（Proxy Pattern）

3.行为型模式
这些设计模式特别关注对象之间的通信。

• 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
• 命令模式（Command Pattern）
• 解释器模式（Interpreter Pattern）
• 迭代器模式（Iterator Pattern）
• 中介者模式（Mediator Pattern）
• 备忘录模式（Memento Pattern）
• 观察者模式（Observer Pattern）
• 状态模式（State Pattern）
• 策略模式（Strategy Pattern）
• 模板模式（Template Pattern）
• 访问者模式（Visitor Pattern）

本篇是关于创建型模式中单例模式（Singleton Pattern）的详解。

2.单例设计模式介绍

• 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
• 也就是说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)。

3.单例设计模式八种实现方式

单例模式有八种方式:

• 饿汉式(静态属性)
• 饿汉式(静态代码块)
• 懒汉式(线程不安全)
• 懒汉式(线程安全，同步方法)
• 懒汉式(线程安全，同步代码块)
• 双重检查
• 静态内部类
• 枚举
  下面我们按照顺序讲解，首先我们来看饿汉式(静态常量)：

3.1.饿汉式(静态属性)

步骤如下:

1. 构造器私有化 (防止 new )。
2. 类的内部创建对象。
3. 向外暴露一个静态的公共方法。

代码演示：

public class SingletonMode01 {

    //1.构造器私有化 (防止 new )
    private SingletonMode01(){

    }

    //2.类的内部创建对象(静态属性)
    private static SingletonMode01 instance = new SingletonMode01();

    //3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
    public static SingletonMode01 getInstance(){
        return instance;
    }

}


  

 

  
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优缺点：

• 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。
• 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。

这种单例模式可用，可能造成内存浪费

3.2.饿汉式(静态代码块)

步骤如下:

• 与1相同就是对静态常量赋值时在静态代码块中执行

代码演示：

public class SingletonMode02 {
    //1.构造器私有化 (防止 new )
    private SingletonMode02(){

    }

    //2.类的内部创建对象(静态常量)
    private static SingletonMode02 instance;
    
    //在静态代码中对静态常量赋值
    static{
        instance = new SingletonMode02();
    }

    //3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
    public static SingletonMode02 getInstance(){
        return instance;
    }
}

  

 

  
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优缺点:

• 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。

这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

3.3.懒汉式(线程不安全)

代码演示：

public class SingletonMode03 {
    
    private static SingletonMode03 instance; 
    
    private SingletonMode03(){
        
    }
    
    //当调用getInstance才创建单例对象，饿汉式
    public static SingletonMode03 getInstance(){
        if(instance == null){
             instance = new SingletonMode03();
        }
        return instance;
    }
}

  

 

  
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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 (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。

在实际开发中，不要使用这种方式。

3.4.懒汉式(线程安全，同步方法)

代码演示：

public class SingletonMode04 {
    
    private static SingletonMode04 instance;
    
    private SingletonMode04(){
        
    }
    
    //加入了同步方法，解决线程不安全问题
    public static synchronized SingletonMode04 getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonMode04();
        }
        return instance;
    }
}


  

 

  
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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。

在实际开发中，不推荐使用这种方式。

3.5.懒汉式(线程安全，同步代码块)

public class SingletonMode05 {

    private static SingletonMode05 instance;

    private SingletonMode05 (){

    }

    //加入了同步代码块，解决线程不安全问题
    public static SingletonMode05 getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonMode05.class){
                instance = new SingletonMode05();
            }
        }
        return instance;
    }
}


  

 

  
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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， 改为同步产生实例化的的代码块。
• 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 (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

在实际开发中，不能使用这种方式

3.6.双重检查

public class SingletonMode06 {

    //volatile关键字:
    //1. 保证变量的可见性：当一个被volatile关键字修饰的变量被一个线程修改的时候，其他线程可以立刻得到修改之后的结果。
    //   当一个线程向被volatile关键字修饰的变量写入数据的时候，虚拟机会强制它被值刷新到主内存中。
    //   当一个线程用到被volatile关键字修饰的值的时候，虚拟机会强制要求它从主内存中读取。
    //2. 屏蔽指令重排序：指令重排序是编译器和处理器为了高效对程序进行优化的手段；
    //   它只能保证程序执行的结果时正确的，但是无法保证程序的操作顺序与代码顺序一致。
    //   这在单线程中不会构成问题，但是在多线程中就会出现问题。
    //   非常经典的例子是在单例方法中同时对字段加入voliate，就是为了防止指令重排序。
    private static volatile SingletonMode06 instance;

    private SingletonMode06() {

    }

    //使用双重检查
    public static SingletonMode06 getInstance() {
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonMode06.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonMode06();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}


  

 

  
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优缺点：

• 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。
• 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。
• 这种方法线程安全;延迟加载;效率较高

在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

3.7.静态内部类

public class SingletonMode07 {

    private SingletonMode07(){

    }

    private static class SingletonModeInstance{
        private static final SingletonMode07 INSTANCE = new SingletonMode07();
    }

    public static SingletonMode07  getInstance(){
        return SingletonModeInstance.INSTANCE;
    }
}


  

 

  
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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SingletonMode07类被装载时INSTANCE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SingletonModeInstance类，从而完成SingletonMode07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。
• 这种方式避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

推荐使用这种方法。

3.8.枚举

public enum SingletonMode08 {
    
    INSTANCE("单例模式",123456);

    private String name;
    private int number;

    SingletonMode08(String name, int number) {
        this.name = name;
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "SingletonMode08{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", number=" + number +
                '}';
    }
}

  

 

  
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优缺点:

• 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。
• 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式

这种方式推荐使用

4.单例设计模式小结

• 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)

文章来源: blog.csdn.net，作者：Mr.Yushiwen，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：blog.csdn.net/MrYushiwen/article/details/112316230