单例模式 · 十里银河

30 Nov 2021 3630字 13分
如果这篇博客帮助到你，可以请我喝一杯咖啡~
CC BY 4.0 （除特别声明或转载文章外）

单例设计模式介绍

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)。
单例模式注意构造器私有，防止通过new创建对象

饿汉式(静态常量)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
   
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

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
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)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }
   
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

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。
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)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private static Singleton instance;
   
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

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 (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
结论：在实际开发中，不要使用这种方式

懒汉式(同步方法)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private static Singleton instance;
   
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null){      
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

解决了线程安全问题
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
结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式(线程安全，同步代码块)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private static Singleton instance;
   
    public static Singleton getInstance() {
            if (instance == null){
                synchronized (Singleton.class){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
}

懒汉式(双重检验锁)

class Singleton {

    private Singleton() {
    
    }

    private static Singleton instance;
   
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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 == 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 (singleton == null)，直接return 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

静态内部类

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    //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;
    }
}

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。
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
结论：推荐使用.

枚举

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //调用方法
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        instance.doSomething();
    }
}
enum Singleton {
    INSTANCE; //属性
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }
}

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
结论：推荐使用

单例模式在JDK应用的源码分析

JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)

/**
    Runtime单例部分代码
*/
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;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
}

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)