四、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：

  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
  7. 静态内部类
  8. 枚举

2.1 饿汉式（静态常量）

步骤如下：

  1. 构造器私有化 (防止 new )
  2. 类的内部创建对象
  3. 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance

代码实现：

class Singleton {
    
    //1. 构造器私有化, 外部能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;
    }
    
}

优缺点：
1）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。
2）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。
3）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：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

2.2 饿汉式（静态代码块）

代码实现：

class Singleton {
    
    //1. 构造器私有化, 外部能new
    private 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;
    }
    
}

优缺点：
1）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。
2）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。

2.3 懒汉式(线程不安全)

代码实现：

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;
    }
}

优缺点：
1）起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
2）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。
3）结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

2.4 懒汉式(线程安全，同步方法)

代码实现：

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;
    }
}

优缺点：
1）解决了线程不安全问题。
2）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。
3）结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

2.5 懒汉式(线程不安全，同步代码块)

代码实现：

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  Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
           synchronized(Singleton.class){
               instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点：
1）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。
2）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。
3）结论：在实际开发中，不能使用这种方式。

2.6 双重检查

代码实现：

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 Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {//保证了效率
            synchronized (Singleton.class) {//解决了多线程安全问题
                if(instance == null) {//防止重复创建
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            
        }
        return instance;
    }
}

优缺点：
1）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。
2）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。
3）线程安全；延迟加载；效率较高。
4）结论：结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

2.7 静态内部类

代码实现：

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 Singleton
    private 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.INSTANCE
    
    public static Singleton getInstance() {
        
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点：
1）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。
2）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。
3）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。
4）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。
5）结论：推荐使用。

2.8 枚举

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();
    }
}

enum Singleton {
    INSTANCE; //属性
    public void sayOK() {
        System.out.println("ok~");
    }
}

优缺点：
1）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。
2）这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式。
3）结论：推荐使用。

3、单例模式在JDK中的应用

JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

4、单例模式注意事项和细节说明

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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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