GoF 设计模式 | 单例模式

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发布于: 2020 年 07 月 22 日
今天来学习23种设计模式的第一种，单例模式，同时也是设计模式中最简单的模式之一。
概念：所谓类的单例模式，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)。
特点：﻿
单例类只有一个实例对象;
该单例对象必须由单例类自行创建;
单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。
﻿
类图分析：﻿
﻿
单例模式的八种实现方式：﻿
1.饿汉式(静态常量)
﻿
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method01;
/**
 * Description:第一种：饿汉式(静态常量)
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出为true
    }
}
//重点
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类的内部创建一个对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    //3.提供一个公有的静态方法(getInstance)，返回instance实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
﻿
描述：
这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成了实例化，避免了线程同步问题。
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。
它基于 classloader 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也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 显然没有达到 lazy loading 的效果。
结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。
﻿
2.饿汉式(静态代码块)
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method02;
/**
 * Description:第二种：饿汉式(静态代码块)
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
//重点
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;
    static {//静态代码块在类加载时执行，创建一个单例对象
        instance = new Singleton();
    }
    //3.提供一个公有的静态方法(getInstance)，返回instance实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
﻿
描述：
这种方式和饿汉式(静态常量) 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，也是在类装载时，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。
﻿
3.懒汉式(线程不安全)
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method03;
/**
 * Description:第三种：懒汉式(线程不安全)
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
//重点
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;
    //3.提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建返回instance实例对象，即懒汉式，用时才创建
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
﻿
描述：
﻿
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时，另一个新的线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例，违背了单例模式。所以在多线程环境下不可使用这种方式 。
结论： 实际开发中，避免使用这种方式 。
﻿
4.懒汉式(线程安全，同步方法)
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method04;
/**
 * Description:第四种：懒汉式(线程安全，同步方法)
 *
 * @Date: 2020/3/4 13:47
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());//instance1.hashCode = 189568618
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());//instance2.hashCode = 189568618
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;
    //3.提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
﻿
描述：
﻿
解决了线程安全问题。
方法进行同步效率太低 。每个线程在想要获得类的实例时，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，后面再想获得该类实例，直接return就可以了。
 结论：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)
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method05;
/**
 * Description:第五种：懒汉式(线程安全，同步代码块)
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());//instance1.hashCode = 189568618
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());//instance2.hashCode = 189568618
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;
    //3.提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            //重点
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}
﻿
描述：
﻿
这种方式，本意是想对第四种实现方式（懒汉式(线程安全，同步方法)）进行改进，因为前面同步方法效率太低， 改为同步产生实例化的代码块。
但是这种同步方式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 == 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。
结论：实际开发中，不能使用这种方式 。
﻿
6.双重检查
package cn.ppdxzz.singleton.method06;
/**
 * Description:第六种：双重检查
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());//instance1.hashCode = 189568618
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());//instance2.hashCode = 189568618
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.本类内部创建一个对象实例
    private static Singleton instance;
    //3.双重检查，两次判断instance == null
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
﻿
代码实现：
﻿
描述：
﻿
双重检查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。
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：实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
﻿
7.静态内部类
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method07;
/**
 * Description:第七种：静态内部类
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());//instance1.hashCode = 793589513
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());//instance2.hashCode = 793589513
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
class Singleton {
    //1.构造器私有化(防止直接new一个instance对象)
    private Singleton() {}
    //2.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();
    }
    //3.提供一个公有的静态方法，用于返回INSTANCE实例
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}
﻿
描述：
﻿
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。
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：实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
﻿
8.枚举
﻿
代码实现：
package cn.ppdxzz.singleton.method08;
/**
 * Description:第八种：枚举
 * @Author: PeiChen
 */
public class Singleton01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试用例
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println("instance1.hashCode = " + instance1.hashCode());//instance1.hashCode = 189568618
        System.out.println("instance2.hashCode = " + instance2.hashCode());//instance1.hashCode = 189568618
        System.out.println(instance1 == instance2);//输出仍为true
    }
}
enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void method() {
    }
}
﻿
描述：
﻿
这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。
不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
结论：实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
﻿
JDK源码分析:﻿
JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式) 
﻿
单例模式总结：﻿
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关键字。
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)。
﻿
今天的单例模式就总结到这里，下期是第二种设计模式——工厂方法模式，敬请期待。
﻿
发布于: 2020 年 07 月 22 日阅读数: 45
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/fb34d3494c6e3053d956170ff】。文章转载请联系作者。
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除非我不想赢，否则没人能让我输！ 2020.07.03 加入
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