Java设计模式之单例模式

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)

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。

八种实现方式

饿汉式(静态常量)

  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

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
//1. 构造器私有化
private Singleton() {}
//2. 本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
//3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
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)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)

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
//1. 构造器私有化
private Singleton() {}
//2. 本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;

//3. 在静态代码块中,创建对象实例
static {
instance = new Singleton();
}
//4. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
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。
  2. 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)

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
//懒汉式(线程不安全)
class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton instance;

//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建 instance
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。

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)

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
//懒汉式(线程安全,同步方法)
class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton instance;

//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;
}
}

优缺点说明:

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

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
//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;
}
}

结论:在实际开发中, 不推荐使用这种方式。

懒汉式(双重检查)

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
//懒汉式(双重检查)
class Singleton {
private Singleton() {}
private static volatile Singleton instance;

//提供一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
//同时保证了效率
public static synchronized Singleton getInstance() {
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 == null) 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,也避免反复进行方法同步
  3. 线程安全; 延迟加载; 效率较高

结论:但由于 JVM 底层内部模型的原因,偶尔会出问题,不建议使用。

静态内部类

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
// 静态内部类,推荐使用
class Singleton {
//构造器私有化
private Singleton() {}
private static volatile Singleton instance;

//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 synchronized 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。

结论:推荐使用。

枚举

代码实现如下:

1
2
3
4
5
6
7
//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。

结论:推荐使用。

总结

  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)。
分享到: