title: Day40-设计模式-单例模式
date: 2021-03-03 18:11:46
author:Liu_zimo
设计模式
- 设计模式分为三种类型，共23种
- 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
- 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
- 行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式(Interpreter模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。
单例模式
- 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8种方式：
- 饿汉式（静态常量）
- 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
饿汉式（静态常量）
- 步骤：
- 构造器私有化（防止new）
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法（getInstance()）
- 代码实现
- 优缺点说明：
- 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(懒加载)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getlnstance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
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：饿汉式（静态常量）
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/3 18:28
*/
public class Instance_1 {
private Instance_1(){
} // 构造器私有化，防止直接new
private final static Instance_1 instance = new Instance_1(); // 先创建好对象实例
public static Instance_1 getInstance(){
return instance; } // 提供public静态方法，返回对象实例
}
饿汉式（静态代码块）
- 优缺点说明：
- 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
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：饿汉式（静态代码块）
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/3 18:35
*/
public class Instance_2 {
private static Instance_2 instance;
static {
instance = new Instance_2();
}
private Instance_2(){
}
public static Instance_2 getInstance(){
return instance; }
}
懒汉式（线程不安全）
- 优缺点说明：
- 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.
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：懒汉式（线程不安全）
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 10:45
*/
public class Instance_3 {
private static Instance_3 instance;
private 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instance
public static Instance_3 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Instance_3();
}
return instance;
}
}
懒汉式（线程安全，同步方法）
- 优缺点说明：
- 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
- 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：懒汉式（线程安全，同步方法）
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 11:19
*/
public class Instance_4 {
private static Instance_4 instance;
private Instance_4() {
}
// 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 Instance_4 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Instance_4();
}
return instance;
}
}
懒汉式（线程安全，同步代码块）
- 优缺点说明：
- 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 (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：在实际开发中，不能使用这种方式
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：懒汉式（线程安全，同步代码块）
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 11:26
*/
public class Instance_5 {
private static Instance_5 instance;
private Instance_5() {
}
public static Instance_5 getInstance(){
if (instance == null){
synchronized (Instance_5.class) {
instance = new Instance_5();
}
}
return instance;
}
}
双重检查 荐
- 优缺点说明：
- 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
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：双重检查
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 11:31
*/
public class Instance_6 {
private static volatile Instance_6 instance;
private Instance_6() {
}
// 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
public static Instance_6 getInstance(){
if (instance == null){
synchronized (Instance_6.class){
if (instance == null){
instance = new Instance_6();
}
}
}
return instance;
}
}
静态内部类 荐
-
特点：
- 外部类创建时，静态内部类是不会被装载的
- 外部类在调用静态内部类时，它才会被装载，而且只装载一次，并且在装载的时候，线程是安全的
- 该方法是使用JVM底层提供的类装载机制保证线程安全的
-
步骤：
- 构造私有化
- 实现静态内部类，该类种有一个静态属性为外部类
-
优缺点说明：
- 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Instance_7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Instance类，从而完成Instance_7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
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：静态内部类
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 13:41
*/
public class Instance_7 {
private Instance_7() {
}
private static class Instance{
private static final Instance_7 INSTANCE = new Instance_7();
}
public static synchronized Instance_7 getInstance(){
return Instance.INSTANCE;
}
}
枚举 荐
- 优缺点说明：
- 这借助JDK 1.5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
package com.zimo.设计模式.单例模式;
/**
* 单例模式：枚举
*
* @author Liu_zimo
* @version v0.1 by 2021/3/4 14:13
*/
public enum Instance_8 {
INSTANCE;
public void method(){
}
public static void main(String[] args) {
Instance_8 instance = Instance_8.INSTANCE;
instance.method();
}
}
单例模式在JDK中的应用
- 在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）
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缤性能
- 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)