设计模式——单例模式八种方式实现与分析（附代码示例）

一. 概念

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）。

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)

二. 单例设计模式八种方式

1)饿汉式(静态常量) 2)饿汉式 (静态代码块)

3)懒汉式(线程不安全) 4)懒汉式(线程安全，同步方法) 5)懒汉式(线程安全，同步代码块)

6)双重检查（推荐）

7)静态内部类（推荐）

8)枚举（推荐）

三. 饿汉式

1. 饿汉式(静态常量)

步骤：

1. 构造器私有化（防止外部类直接new）

2. 本类内部创建对象实例

3. 向外暴露一个静态的公共方法（getInstance），返回实例对象

代码示例

public class Singleton01 {public static void main(String[] args) {Singleton instance = Singleton.getInstance();Singleton instance1 = Singleton.getInstance();System.out.println(instance==instance1);}
}class Singleton{//构造器私有化private Singleton(){}//本类内部创建对象实例private final static Singleton singleton = new Singleton();//对外暴露一个静态的公共方法，返回实例对象public static Singleton getInstance(){return singleton;}
}

instance与instance1相等（hashCode相同），此处也验证了单例模式中，外部访问的实例对象都指向同一个

2. 饿汉式 (静态代码块)

在静态代码块中创建单例对象，其他步骤与饿汉式(静态常量)形态

代码示例

//饿汉式 (静态代码块)
class Singleton{private Singleton(){}private static Singleton singleton;//在静态代码块中创建单例对象static {singleton = new Singleton();}public static Singleton getInstance(){return singleton;}
}

3. 饿汉式优缺点分析

优点:

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，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

饿汉式可用，但是可能造成内存浪费，不推荐

四. 懒汉式

提供一个静态的共有方法，当使用该方法时，才去创建singleton，即为懒汉式

1. 懒汉式(线程不安全)

代码示例

class Singleton{private Singleton(){}private static Singleton singleton;//提供一个静态的共有方法，当使用该方法时，才去创建singleton，即为懒汉式public static Singleton getInstance(){if(singleton == null){singleton = new Singleton();}return singleton;}
}

优缺点分析：

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 = nul)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。

2. 懒汉式(线程安全，同步方法)

通过synchronized关键字加锁实现线程安全

代码示例

class Singleton{private Singleton(){}private static Singleton singleton;//提供一个静态的共有方法，当使用该方法时，才去创建singletonpublic static synchronized Singleton getInstance(){if(singleton == null){singleton = new Singleton();}return singleton;}
}

优缺点分析：

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

3. 懒汉式(线程安全，同步代码块)

代码示例

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

优缺点分析：

这种方式，本意是想对懒汉式(线程安全，同步方法)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。跟懒汉式(线程不安全)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

五. 双重检查

1. 代码示例

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

2. 双重检查优缺点分析

Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码所示，进行了两次if (singleton == nul)检查，就可以保证线程安全。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。同时使用volatile关键字，确保了可见性。

线程安全；延迟加载；效率较高

3. 结论

在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

六. 静态内部类

1. 代码示例

class Singleton{private Singleton(){}private static class SingletonInstance{private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();}public  static Singleton getInstance(){return SingletonInstance.SINGLETON;}
}

2. 静态内部类优缺点分析

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。

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

3. 结论

在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

七. 枚举

1. 代码示例

enum Singleton{SINGLETON;
}

2. 枚举优缺点分析

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

枚举仍然算饿汉式。但是如果一个单例类除了这个单例之外，没有其他静态变量或静态方法，那么直接用饿汉式是很合适的，因为这种情况下除了获取单例之外通常没有其他会导致这个类被加载的情况存在，类加载本身就已经是一种懒加载了。

3. 结论

在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式