程序员必会的23种设计模式之单例模式

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。

单例模式有八种方式：

1. 饿汉式(静态常量)

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。getInstance

4. 代码实现：

public class Singleton {
	private Singleton() {

	}

	private final static Singleton instance = new Singleton();

	public static Singleton getIntance() {
		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。

饿汉式还有另一种写法：只是将创建实例的动作放在静态代码块之中。

public class Singleton {
	private Singleton() {

	}
	
	private final static Singleton instance;
	
	static {
		instance = new Singleton();
	}
	

	public static Singleton getIntance() {
		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。

2. 懒汉式(线程不安全)

public class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton() {
	};

	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。

3. 懒汉式(线程安全，同步方法)

public class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton() {
	};

	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。

3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

4. 双重检查（推荐使用）

public class Singleton {
    // volatile在这里的作用是一但instance的值发生变化，立刻刷新到主存中
	private static volatile Singleton instance;

	private Singleton() {
	};

	public static 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。

5. 静态内部（推荐使用）

public class Singleton {

	private Singleton() {
	};

	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton instance = new Singleton();
	}

	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。

6. 枚举（推荐使用）

public enum Singleton5{
		instance;
		public void doSomething() {
			System.out.println("...");
	}

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。

7. 单例模式在JDK 应用的源码分析

在Java1.8中，Runtime类使用的就是单例模式（饿汉式）

// 只保留凸显单例模式的主要代码
public class Runtime {
    // 在类装载时构造静态实例
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    ...
    ...
    ...  
    // 获取实例
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
    ...
    ...
    ...
    // 私有构造器，禁止外部访问
    private Runtime() {} 

8. 单例模式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)