单例

介绍

单例模式（Singleton Pattern）是Java中最基础最简单的设计模式之一，这种模式属于创建型模式，提供的就是一种创建对象的方式。这种模式中的单一类创建自己的对象，确保只有一个对象被创建，并且为所有对象提供一个访问它的全局访问点。
单例模式用来解决频繁创建与销毁实例对象问题，当我们想要控制实例创建个数或者复用实例时，就可以使用单例模式，这样有助于节省系统资源。

特点

单例类，顾名思义，只有一个实例。
单例类必须是自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有对象提供这个唯一实例。
构造函数私有。

应用场景

适用范围

频繁的访问数据库或文件的对象。
频繁的需要实例化，然后销毁的对象。
创建对象耗时长且耗资源，但是又需要常用的对象。

使用举例

Windows的任务管理器，每次只能打开一个。
应用程序的日志应用。
网上在线人数统计。
配置文件的访问类。
数据库的连接池。
多线程的线程池。
操作系统的文件系统。

设计思路

一个类每次都返回唯一的对象（每次返回都是同一个对象实例）。
提供一个获取该实例的方法。（基本上都是静态方法）
构造函数私有。

加载分类

提前加载：在应用开始时就创建单例实例。
延迟加载：在getInstance()方法首次被调用时才调用单例创建，即需要使用时，才加载创建单例对象实例。

单例分类

1 饿汉式单例

介绍

类加载时就初始化好实例对象，容易产生垃圾对象，浪费内存。
无锁，执行效率高。
天生线程安全，因为类加载时就已初始化好实例。

代码

/*** 饿汉式单例* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public class EHanSingleInstance {//饿汉式：初始化时就建好实例private static final EHanSingleInstance instance = new EHanSingleInstance();private EHanSingleInstance() {doSomething();}public static EHanSingleInstance getInstance() {return instance;}public void doSomething() {}
}

2 懒汉式单例

介绍

饿汉式属于延迟加载初始化。
若不加锁，则为非线程安全的。
若加锁，则为线程安全的，但效率很低，基本上每次都要同步。

无锁懒汉式代码

/*** 无锁懒汉式单例，非线程安全* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public class LanHanNoLockSingleInstance {//懒汉式：初始化时不创建实例，等需要时再创建private static LanHanNoLockSingleInstance instance;private LanHanNoLockSingleInstance() {doSomething();}public static LanHanNoLockSingleInstance getInstance() {//先判断是否为空，若为空创建一个新的实例if (instance == null) {instance = new LanHanNoLockSingleInstance();}return instance;}public void doSomething() {}
}

加锁懒汉式代码

/*** 加锁懒汉式单例，线程安全* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public class LanHanWithLockSingleInstance {//懒汉式：初始化时不创建实例，等需要时再创建private static LanHanWithLockSingleInstance instance;private LanHanWithLockSingleInstance() {doSomething();}public static synchronized LanHanWithLockSingleInstance getInstance() {//先判断是否为空，若为空创建一个新的实例if (instance == null) {instance = new LanHanWithLockSingleInstance();}return instance;}public void doSomething() {}
}

3 双重检锁式单例

介绍

在多线程应用中使用这种模式可以保证线程安全。因为如果实例为空，有可能存在两个线程同时调用getInstance()方法的情况，这样的话，第一个线程会首先使用新构造器实例化一个单例对象，但此时它还没有完成单例对象的实例化操作，同时第二个线程也检查到单例实例为空，也会开始实例化单例对象，这就造成了2次实例化对象。所以多线程应用中，需要锁来检查实例是否线程安全。

静态方法锁

public static synchronized Singleton getInstance()

代码块锁

synchronized(SingleInstance.class){if (instance == null) {instance = new SingleInstance();}
}

虽然加锁可以保证线程安全，但是会带来延迟，因为加锁后，代码块在同一时刻只能被一个线程执行，但是同步锁只有在实例没被创建的时候才会起作用。如果单例实例已经被创建，其实不需要走该步骤。因此，我们可以在代码块锁外面再加一层实例空判断。instance == null被检查2次。

if (instance == null) {synchronized(SingleInstance.class){if (instance == null) {instance = new SingleInstance();}}
}

代码

/*** 双检锁单例* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public class DoubleCheckSingleInstance {//使用volatile保证多线程的可见性private static volatile DoubleCheckSingleInstance instance;private DoubleCheckSingleInstance() {doSomething();}public static DoubleCheckSingleInstance getInstance() {//第一次检查是否创建过该单例if (instance == null) {//加锁，保证线程安全synchronized (DoubleCheckSingleInstance.class) {if (instance == null) {instance = new DoubleCheckSingleInstance();}}}return instance;}public void doSomething() {}
}

4 静态内部类单例

介绍

延迟加载初始化实例instance。
线程安全。
该方式只适用于静态域的情况。
该方式单例不会立即初始化，只有显式调用getInstance()方法时，才会显式转载静态内部类，才会实例化instance。

代码

/*** 静态内部类单例* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public class StaticInternalSingleInstance {//静态内部类private static class StaticInternalSingleInstanceHolder{private static final StaticInternalSingleInstance INSTANCE= new StaticInternalSingleInstance();}private StaticInternalSingleInstance() {doSomething();}public static final StaticInternalSingleInstance getInstance() {return StaticInternalSingleInstanceHolder.INSTANCE;}public void doSomething() {}}

5 枚举类单例

介绍

不属于延迟加载初始化实例instance。
多线程安全。
支持序列化机制，从而防止多次实例化。

代码

/*** 枚举型单例* @author Andya* @date 2021/3/9*/
public enum EnumSingleInstance {INSTANCE;public EnumSingleInstance getInstance(){return INSTANCE;}
}

总结

一般在开发应用中，建议使用第1种饿汉式单例，而不推荐使用第2种懒汉式单例，除非明确需要延迟加载时，才会使用第4种静态内部类单例，若涉及到反序列化创建对象时，推荐使用第5种枚举式单例。其他也可以考虑使用第3种双重检锁式单例。

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