单例模式
单例模式
简介
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（静态常量）
构建步骤如下：
- 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
- 代码实现
public class Singleton01 {
//构造器私有化，外部不能new
private Singleton01(){}
//本类内部创建对象实例
private final static Singleton01 instance = new Singleton01();
//提供一个共有的静态方法，返回实例对象
public static Singleton01 getInstance(){
return instance;
}
}
优缺点：
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，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
结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费
饿汉式（静态代码块）
代码
public class Singleton02 {
//构造器私有化，外部不能new
private Singleton02() {
}
private static Singleton02 instance;
static {//本类内部创建对象实例
instance = new Singleton02();
}
//提供一个共有的静态方法，返回实例对象
public static Singleton02 getInstance() {
return instance;
}
}
优缺点
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（线程不安全）
代码
public class Singleton03 {
private Singleton03() {
}
private static Singleton03 instance;
public static Singleton03 getInstance() {
if(instance==null){
instance = new Singleton03();
}
return instance;
}
}
优缺点
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，
懒汉式（线程安全，同步方法）
代码
public class Singleton04 {
private Singleton04() {
}
private static Singleton04 instance;
//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
public synchronized static Singleton04 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton04();
}
return instance;
}
}
优缺点
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(0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
獭汉式（线程安全，同步代码块）
代码
public class Singleton05 {
private Singleton05() {
}
private static Singleton05 instance;
public static Singleton05 getInstance() {
if (instance == null) {//这段代码本身就无法保证线程安全问题，
//因为如果有两个线程同时进入这段逻辑，后面在加锁已经没有意义
synchronized (Singleton05.class) {
instance = new Singleton05();
}
}
return instance;
}
}
优缺点
这段代码本身就无法保证线程安全问题
结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
双重检查
代码
public class Singleton06 {
private Singleton06(){}
private static volatile Singleton06 instance;
//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
public static Singleton06 getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton06.class){
if(instance==null){
instance = new Singleton06();
}
}
}
return instance;
}
}
优缺点
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(instance==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(instance==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
静态内部类
代码
public class Singleton07 {
private Singleton07(){}
private static volatile Singleton07 instance;
//写一个静态内部类，该类中有一个静态熟悉Singleton07
private static class SingletonInstance{
private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07();
}
//提供一个静态的共有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
public static synchronized Singleton07 getInstance(){
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
优缺点
这种方式采用类加载的机制来保证类初始化实例时只有一个线程。
静态内部类方式在Singleton类被加载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会加载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
代码
public enum Singleton08 {
SINGLETON;
public void sayOK(){
System.out.println("ok");
}
}
优缺点
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
测试
public class SingletonTest01 {
public static void main(String[] args) {
//饿汉式（静态常量）
Singleton01 singleton01n = Singleton01.getInstance();
Singleton01 singleton01f = Singleton01.getInstance();
System.out.println(singleton01n==singleton01f);
//饿汉式（静态代码块）
Singleton02 Singleton02n = Singleton02.getInstance();
Singleton02 Singleton02f = Singleton02.getInstance();
System.out.println(Singleton02n==Singleton02f);
//懒汉式（线程不安全）
Singleton03 Singleton03n = Singleton03.getInstance();
Singleton03 Singleton03f = Singleton03.getInstance();
System.out.println(Singleton03n==Singleton03f);
//懒汉式（线程安全，同步方法）
Singleton04 Singleton04n = Singleton04.getInstance();
Singleton04 Singleton04f = Singleton04.getInstance();
System.out.println(Singleton04n==Singleton04f);
//獭汉式（线程安全，同步代码块）
Singleton05 Singleton05n = Singleton05.getInstance();
Singleton05 Singleton05f = Singleton05.getInstance();
System.out.println(Singleton05n==Singleton05f);
//双重检查
Singleton06 Singleton06n = Singleton06.getInstance();
Singleton06 Singleton06f = Singleton06.getInstance();
System.out.println(Singleton06n==Singleton06f);
//静态内部类
Singleton07 Singleton07n = Singleton07.getInstance();
Singleton07 Singleton07f = Singleton07.getInstance();
System.out.println(Singleton07n==Singleton07f);
//枚举
Singleton08 Singleton08n = Singleton08.SINGLETON;
Singleton08 Singleton08f = Singleton08.SINGLETON;
System.out.println(Singleton08n==Singleton08f);
}
}
使用场景
我们JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）
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）