java23种设计模式—— 二、单例模式

2020-10-03 本文已影响0人 witmy

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介绍

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

实现方式

饿汉式单例（静态常量，线程安全）

顾名思义，饿汉式单例它很“饿”，所以一开始就创建了唯一但单例实例，但如果你没有使用过这个实例，就会造成内存的浪费


/**

* 饿汉式单例

* 优点：简单，在类装载时就完成了实例化，避免了线程同步问题，线程安全

* 缺点：由于这个类已经完成了实例化，如果从始至终都没有用过这个实例，就会造成内存的浪费

  */

public class SingletonTest01 {

    public static void main(String[] args) {

        Signleton instance1= Signleton.getInstance();

        Signleton instance2 = Signleton.getInstance();

        System.out.println(instance1==instance2);

        System.out.println(instance1.hashCode());

        System.out.println(instance2.hashCode());

    }

}

class Signleton{

    //1、构造器私有化,外部无法通过new新建

    private Signleton(){ }

    //2、内部创建对象实例

    private final static Signleton instance = new Signleton();

    //3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象

    public final static Signleton getInstance(){

        return instance;

    }

}

输出结果

可以看到输出的是同一个实例

饿汉式单例（静态代码块，线程安全）

和之前的方式类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也就是类装载的时候，

就执行静态代码块中的代码，优缺点和之前一样


/**

* 和之前的方式类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也就是类装载的时候，

* 就执行静态代码块中的代码，优缺点和之前一样

*/

public class SingletonTest02 extends Thread{

    public static void main(String[] args) {

        Signleton instance1= Signleton.getInstance();

        Signleton instance2 = Signleton.getInstance();

        System.out.println(instance1==instance2);

        System.out.println(instance1.hashCode());

        System.out.println(instance2.hashCode());

    }

}

class Signleton{

    //1、构造器私有化,外部无法通过new新建

    private Signleton(){}

    //2、内部创建对象实例

    private static Signleton instance;

    static {//静态代码块种，创建单例对象

        instance = new Signleton();

    }

    //3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象

    public final static Signleton getInstance(){

        return instance;

    }

}

输出

懒汉式（线程不安全）

同样，顾名思义，懒汉式单例它很懒。只有在你用到它时，它才会创建一个实例。


/**

* 饿汉式-线程不安全

* 优点：起到了懒加载的效果，但是只能在单线程下使用

* 如果在多线程下，如果一个线程进入了if判断语句块，

* 还没来得及向下执行，另一个线程也进入这个判断语句，就会产生多个实例（违背单例模式），

* 实际开发中，不要使用这种方式

*/

public class SingletonTest03 {

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i <10 ; i++) {

            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();

        }

    }

}

class Signleton{

    private static Signleton instance;

    private Signleton(){}

    //提供一个静态的公有方法，当调用方法时，才去创建instance

    public static Signleton getInstance(){

        if(instance == null){//如果为空再去创建对象

            instance = new Signleton();

        }

        return instance;

    }

}

输出

这里我选了个比较极端的情况，如果你的电脑配置比较好，可能运行几次结果都是符合单例模式的。

懒汉式（同步方法，线程安全）

上面方法之所以会存在线程不安全的情况，是因为多线程情况下，可能会有多条线程同时判断单例是否创建。那么要解决这个问题，只需要同步getInstance()方法


/**

* 解决了线程不安全的问题

* 但是大大降低了效率 每个线程想获得实例的时候，执行getInstance（）方法都要进行同步

*/

public class SingletonTest04 {

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i <10 ; i++) {

            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();

        }

    }

}

class Signleton{

    private static Signleton instance;

    private Signleton(){}

    //提供一个静态的公有方法，当调用方法时，才去创建instance

    public static synchronized Signleton getInstance(){

        if(instance == null){//如果为空再去创建对象

            instance = new Signleton();

        }

        return instance;

    }

}

结果

但是，synchronized是一个很重量的同步锁，而我们每次执行getInstance()时都会进行同步，极其影响效率

懒汉式（双重检查，线程安全）

双检锁，又叫双重校验锁，综合了懒汉式和饿汉式两者的优缺点整合而成。看上面代码实现中，特点是在synchronized关键字内外都加了一层 if 条件判断，这样既保证了线程安全，又比直接上锁提高了执行效率，还节省了内存空间


/**

* 懒汉模式-双重检查

* 进行了两次if判断检查，这样就保证线程安全了

* 通过判断是否为空，来确定是否 需要再次实例化

*/

public class SingletonTest05 {

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i <10 ; i++) {

            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();

        }

    }

}

class Signleton{

    private static volatile Signleton instance;//volatile保证可见性

    private Signleton(){}

    //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 Signleton getInstance() {

        if (instance == null) {

            synchronized (Signleton.class) {

                if (instance == null) {

                    instance = new Signleton();

                }

            }

        }

        return instance;

    }

}

运行结果

推荐使用

静态内部类（线程安全）


/**

* 静态内部类实现单例模式

* 该方法采用了类装载机制来保证初始化实例时只有一个线程

* 静态内部类在Signleton类被装载时并不会立即实例化，而是需要实例化时，才会装载SignletonInstance类

* 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化

* 避免了线程不安全，利用静态内部类实现懒加载，效率高

*/

public class SingletonTest07 {

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i <10 ; i++) {

            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();

        }

    }

}

class Signleton{

    //构造器私有

    private Signleton(){}

    //静态内部类，该类中有一个静态属性Signleton

    private static class SignletonInstance{

        private static final Signleton instance = new Signleton();

    }

    //提供一个静态的公有方法，直接返回SignletonInstance.instance

    public static Signleton getInstance() {

        return SignletonInstance.instance;

    }

}

结果

这种方式较为简单，推荐使用

枚举(线程安全)


/**

* @author codermy

* @createTime 2020/5/14

* 枚举方法实现单例模式

* 借助jdk1.5中添加的枚举类来实现单例模式，

* 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对象

*/

public class SingletonTest08 {

    public static void main(String[] args) {

        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;

        singleton.Ok();

        for (int i = 0; i <10 ; i++) {

            new Thread(() -> System.out.println(Singleton.INSTANCE.hashCode()) ).start();

        }

    }

}

enum Singleton{

    INSTANCE;//属性

    public void Ok(){

        System.out.println("ok");

    }

}

结果

可以看出，枚举实现单例模式，最为简洁，较为推荐。但是正是因为它简洁，导致可读性较差