Chiriri's blog
Iekr
2022-04-19
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单例（Singleton）模式

# 单例（Singleton）模式

一个单一的类，负责创建自己的对象，同时确保系统中只有单个对象被创建。

单例特点：

  • 某个类只能有一个实例；（构造器私有）

  • 它必须自行创建这个实例；（自己编写实例化逻辑）

  • 它必须自行向整个系统提供这个实例；（对外提供实例化方法）

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# 懒汉模式

懒汉模式，即需要使用实例的时候再创建实例，时间换空间。

对象

public class Person {
    private String name;
    private String age;

    //懒汉模式
    private static Person instance;

    // 1.保证构造私有，外部不能实例化
    private Person() {
        System.out.println("实例被创建了");
    }

    // 2.提供给外部的创建方法
    public static Person create() {
        // 懒汉模式 只有调用的时候才创建
        if (instance == null) {
            Person person = new Person();
            instance = person;
        }
        return instance;
    }
}
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实例创建对象调用

    public static void main(String[] args) {

        Person person1 = Person.create();
        Person person2 = Person.create();
        System.out.println(person1 == person2); //ture

    }
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优缺点说明：

  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.

# 同步方法

不推荐使用

public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式 2 ， 线程安全~");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
    }
}
// 懒汉式(线程安全，同步方法)
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;
    }
}
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优缺点说明：

  1. 解决了 线程安全问题
  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

# 同步代码块

不推荐使用

public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式 2 ， 线程安全~");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
    }
}
// 懒汉式(线程安全，同步方法)
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;
    }
}
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# 双重检查锁

上方案例提供一个朴素的懒汉模式，不支持多线程，线程不安全，我们可以加静态的创建方法加上 synchronized 锁。

	public static synchronized Person create() {
        // 懒汉模式 只有调用的时候才创建
        if (instance == null) {
            Person person = new Person();
            instance = person;
        }
        return instance;
    }
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但是我们在静态方法加上 synchronized 锁，这个锁又太大浪费资源，我们可以使用双重检查锁 + 内存可见性。

  	//懒汉模式
    private volatile static Person instance;  

	public static  Person create() {
        // 懒汉模式 只有调用的时候才创建
        if (instance == null) {
            //加锁
            synchronized (Person.class) {
                //第二层验证
                if (instance == null) {
                    Person person = new Person();
                    instance = person;
                }
            }
        }
        return instance;
    }
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优缺点说明：

  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：在实际开发中， 推荐使用这种单例设计模式

# 饿汉模式

饿汉模式，在加载到内存中的时候就初始化对象。

对象

	//饿汉模式
    private final static Person instance = new Person();

    // 1.保证构造私有，外部不能实例化
    private Person() {
        System.out.println("实例被创建了");
    }

    // 2.提供给外部的创建方法
    public static Person create() {
        return instance;
    }
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优缺点说明：

  1. 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。
  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

# 饿汉式（静态代码块）

public class SingletonTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
    }
}
//饿汉式(静态变量)
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;
    }
}
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优缺点说明：

  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

# 静态内部类

使用静态内部类来实现懒加载和线程安全，因为静态内部类只有在被调用时才会被加载，而且使用类加载机制保证了线程安全

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
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优缺点说明：

  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.

# 枚举

枚举类实现单例模式是一种比较简洁、安全的方式，因为枚举类的实例是在枚举类被加载时创建的，并且枚举类的实例在任何情况下都是单例的

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        // ...
    }
}
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优缺点说明：

  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

# 应用场景

  • 什么场景用到？

    • 多线程中的线程池

    • 数据库的连接池

    • 系统环境信息

    • 上下文（ServletContext）

    • 面试问题

  • 系统环境信息（System.getProperties ()）？

    • Spring 中怎么保持组件单例的？
    • ServletContext 是什么（封装 Servlet 的信息）？是单例吗？怎么保证？
    • ApplicationContext 是什么？是单例吗？怎么保证？
      • ApplicationContext： tomcat：一个应用（部署的一个 war 包）会有一个应用上下文
      • ApplicationContext： Spring：表示整个 IOC 容器（怎么保证单例的）。ioc 容器中有很多组件（怎么保证单例）
    • 数据库连接池一般怎么创建出来的，怎么保证单实例？

我们 JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式 (饿汉式)

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# 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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上次更新: 2023/12/13, 06:06:02
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