单例模式

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：

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

1、静态常量
饿汉式（静态常量）应用实例
步骤如下：

构造器私有化 (防止外部访问到类内部的构造方法，即不能使用new关键字创建对象)
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

例子：

/**
 * @author 小关同学
 * @create 2021/9/13
 */
//饿汉式（使用静态变量实现）
class SingleTon{
    
    
    //1、构造器私有化，对外不提供new
    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;
    }
}

public class Type1 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//结果是true，证明两个对象相等
    }
}

优缺点分析
优点：这种写法比较简单，就是在类加载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

缺点：在类加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 getInstance 方法，但是导致类加载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类加载，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，可能会造成内存浪费

2、静态代码块
例子：

//饿汉式（使用静态代码块实现）
class SingleTon{
    
    

    private SingleTon(){
    
    
    }

    private static SingleTon instance;

    //在静态代码块中创建单例对象
    static {
    
    
        instance = new SingleTon();
    }
    
    public static SingleTon getInstance(){
    
    
        return instance;
    }
}

优缺点分析
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

1、线程不安全的写法
例子：

/**
 * @author 小关同学
 * @create 2021/9/13
 */
//懒汉式（线程不安全）
class SingleTon{
    
    
    private static SingleTon instance;

    private SingleTon(){
    
    }

    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    public static SingleTon getInstance(){
    
    
        if (instance==null){
    
    
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance;
    }
}

public class Type2 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

优缺点分析
优点：起到了 Lazy Loading（懒加载）的效果。

缺点：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。

结论：在实际开发中，不要使用这种方式

2、线程安全，同步方法
例子：

//懒汉式（线程安全，同步方法）
class SingleTon{
    
    
    private static SingleTon instance;

    private SingleTon(){
    
    }

    //加入了同步方法，解决了线程不安全的问题
    public static synchronized SingleTon getInstance(){
    
    
        if (instance == null){
    
    
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance;
    }
}

public class Type2 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

优缺点分析
优点：解决了线程不安全问题

缺点：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。

3、线程不安全，同步代码块
例子：

//懒汉式（线程不安全，同步代码块）
class SingleTon{
    
    
    private static SingleTon instance;

    private SingleTon(){
    
    }
    
    public static SingleTon getInstance(){
    
    
        if (instance == null){
    
    
            //同步代码块
            synchronized (SingleTon.class){
    
    
                instance = new SingleTon();
            }
        }
        return instance;
    }
}

public class Type2 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

优缺点分析
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。

双重检查

例子：

/**
 * @author 小关同学
 * @create 2021/9/13
 */
//双重检查（线程安全，线程同步）
class SingleTon{
    
    
	//volatile使instance变量的状态在各个线程之间是可见的
    private static volatile SingleTon instance;

    private SingleTon(){
    
    }

    //解决线程安全的问题，同时解决懒加载的问题，同时解决懒加载问题
    public static SingleTon getInstance(){
    
    
        if (instance == null){
    
    
            //同步代码块
            synchronized (SingleTon.class){
    
    
                if (instance == null){
    
    
                    instance = new SingleTon();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
public class Type3 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

上述代码分析，假如现在有三个线程a、b、c进入到getInstance()方法中，a、b线程一起进入到第一个 if (instance == null) 判断语句中，而a线程又比b线程先进入到同步代码块中，此时由于同步代码块中只允许一个线程在里面执行，所以a线程率先对instance进行初始化，然后退出同步代码块；此时由于a线程退出同步代码块了，所以b线程可以进入同步代码块了，b线程进入同步代码块后，由于a线程已经对instance进行过初始化了，所以b线程不会再对instance进行初始化，直接退出同步代码块；而c线程由于instance已经被初始化了，所以也没进入判断语句内。

优缺点分析
优点：线程安全、延迟加载、效率较高

双重检查（Double-Check）概念是多线程开发中常使用到的，如上代码中所示，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。

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

例子：

/**
 * @author 小关同学
 * @create 2021/9/13
 */
//静态内部类实现
class SingleTon{
    
    
    private static SingleTon instance;

    private SingleTon(){
    
    }

    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性
    private static class SingleTonInstance{
    
    
        private static final SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
    }

    //提供一个公有方法，直接返回SingleTonInstance.INSTANCE
    public static SingleTon getInstance(){
    
    
        return SingleTonInstance.INSTANCE;
    }
}

public class Type4 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

代码分析，我们在SingleTon里面写了一个静态内部类SingleTonInstance，SingleTonInstance在SingleTon类被加载的时候并不会马上被加载，直到 getInstance() 方法中调用SingleTonInstance类中的静态属性INSTANCE的时候，SingleTonInstance类才被加载，实现了懒加载的效果，而且在JVM类加载的过程是线程安全的。

优缺点分析
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

例子：

/**
 * @author 小关同学
 * @create 2021/9/13
 */
//枚举（使用枚举也可以实现单例）
enum SingleTon{
    
    
    INSTANCE;   //属性
    public void sayOK(){
    
    
        System.out.println("ok~");
    }
}

public class Type5 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        SingleTon instance = SingleTon.INSTANCE;
        SingleTon instance2 = SingleTon.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance2);
    }
}

优缺点分析
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

JDK 中单例模式的应用

在 JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)，我们来看一下它的源码，如下图：
在这里插入图片描述

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
单例模式使用的场景：需要频繁地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）

PS：也可以到我的个人博客查看更多内容

个人博客地址：小关同学的博客

设计模式学习2：单例模式

单例模式

饿汉式

懒汉式

双重检查

静态内部类

枚举

JDK 中单例模式的应用

总结

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