第 5 章单例设计模式

1、单例设计模式介绍

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。

2、单例设计模式八种方式

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

3、饿汉式（静态常量）

饿汉式（静态常量）的具体实现步骤

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()

饿汉式（静态常量）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest01 {public static void main(String[] args) {// 测试Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}//饿汉式(静态变量)
class Singleton {// 1. 构造器私有化, 外部不能newprivate 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;}}

程序运行结果

true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

饿汉式（静态常量）的优缺点说明

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 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() 方法获取单例对象，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，这时候初始化单例对象，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

4、饿汉式（静态代码块）

饿汉式（静态代码块）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的静态代码块中，创建单例对象
提供一个公有的静态方法，返回实例对象

饿汉式（静态代码块）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest02 {public static void main(String[] args) {// 测试Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}//饿汉式(静态变量)
class Singleton {// 1. 构造器私有化, 外部不能newprivate Singleton() {}// 2.本类内部创建对象实例private static Singleton instance;static { // 在静态代码块中，创建单例对象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;}}

程序运行结果

true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

饿汉式（静态代码块）的优缺点说明

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

5、懒汉式（线程不安全）

懒汉式（线程不安全）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，判断单例对象是否为空
1. 如果为空，则创建单例对象并返回
2. 如果不为空，则直接返回此对象

懒汉式（线程不安全）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest03 {public static void main(String[] args) {System.out.println("懒汉式1 ， 线程不安全~");Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}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;}
}

程序运行结果

懒汉式1 ， 线程不安全~
true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

懒汉式（线程不安全）的优缺点说明

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

6、懒汉式（同步方法）

懒汉式（同步方法）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态同步方法中，判断单例对象是否为空
1. 如果为空，则创建单例对象并返回
2. 如果不为空，则直接返回此对象

懒汉式（同步方法）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest04 {public static void main(String[] args) {System.out.println("懒汉式2 ， 线程安全~");Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}// 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// 即懒汉式public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

程序运行结果

懒汉式2 ， 线程安全~
true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

懒汉式（同步方法）的优缺点说明

解决了线程安全问题
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

7、懒汉式（同步代码块）

懒汉式（同步代码块）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，先判断对象是否为空
1. 如果为空，则加锁创建单例对象，并返回
2. 如果不为空，则直接返回此对象

懒汉式（同步代码块）的代码实现

代码实现

class Singleton{private static Singleton singleton; private Singleton(){       }public static singleton getInstance(){if(singleton==null){synchronized(Singleton. class){singleton=new Singleton();}}}return singleton;
}

懒汉式（同步代码块）的优缺点说明

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

8、懒汉式（双重检查）

懒汉式（双重检查）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部的 getInstance() 静态方法中，先判断对象是否为空
1. 如果为空，则先加锁，再判断此单例对象是否为空，如果还为空，才创建对象
2. 如果不为空，则直接返回此对象
注意：单例变量需要使用 volatile 关键字进行修饰，保证内存可见性，以及防止指令重排序

懒汉式（双重检查）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest06 {public static void main(String[] args) {System.out.println("双重检查");Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}// 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, 推荐使用public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

程序运行结果

双重检查
true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

懒汉式（双重检查）的优缺点说明

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

9、懒汉式（静态内部类）

懒汉式（静态内部类）的具体实现步骤

构造器私有化，外部不能 new
在本类内部新增一个静态内部类，封装一个单例对象，用于实现单例模式
静态内部类的实现方式本质是利用类加载的同步机制，保证单例对象的线程安全，并且该方式能保证该单例对象的懒加载机制，因为只有用到静态内部类时，才会加载该静态内部类以及单例对象
在本类内部提供一个静态方法 getInstance() 用于返回静态内部类中的单例对象

懒汉式（静态内部类）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest07 {public static void main(String[] args) {System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance == instance2); // trueSystem.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());}}// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {   //构造器私有化private Singleton() {}//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singletonprivate 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.INSTANCEpublic static Singleton getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

程序运行结果

使用静态内部类完成单例模式
true
instance.hashCode=366712642
instance2.hashCode=366712642

懒汉式（静态内部类）的优缺点说明

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。

10、饿汉式（枚举）

饿汉式（枚举）的具体实现步骤

通过枚举类实现单例模式

饿汉式（枚举）的代码实现

代码实现

public class SingletonTest08 {public static void main(String[] args) {Singleton instance = Singleton.INSTANCE;Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;System.out.println(instance == instance2);System.out.println(instance.hashCode());System.out.println(instance2.hashCode());instance.sayOK();}
}//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {INSTANCE; // 属性public void sayOK() {System.out.println("ok~");}
}

程序运行结果
```
true
366712642
366712642
ok~
```

饿汉式（枚举）的优缺点说明

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。如果用枚举去实现一个单例，属于饿汉模式。
结论：推荐使用

11、Rumtime 单例模式

Runtime 源码

这是典型的饿汉式啊

public class Runtime {private static Runtime currentRuntime = new Runtime();/*** Returns the runtime object associated with the current Java application.* Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance* methods and must be invoked with respect to the current runtime object.** @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current*          Java application.*/public static Runtime getRuntime() {return currentRuntime;}/** Don't let anyone else instantiate this class */private Runtime() {}

12、单例模式注意事项

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)

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第 5 章单例设计模式

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1、单例设计模式介绍

2、单例设计模式八种方式

3、饿汉式（静态常量）

4、饿汉式（静态代码块）

5、懒汉式（线程不安全）

6、懒汉式（同步方法）

7、懒汉式（同步代码块）

8、懒汉式（双重检查）

9、懒汉式（静态内部类）

10、饿汉式（枚举）

11、Rumtime 单例模式

12、单例模式注意事项

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