2.单例模式

news2024/12/25 1:38:53

基本概念

单例模式：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问该实例的全局访问点

常见应用场景

读取配置文件的类一般设计为单例模式
网站计数器
应用程序的日志应用，因为共享日志文件一直处于打开状态，只能有一个实例去操作
Spring 中初始化 bean 默认为单例
Servlet 编程中，每个 servlet 都是单例
Spring MVC / Struts1 框架，控制器对象是单例

单例模式优点

(1) 由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如：读取配置、产生其他依赖对象时，可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后以永久驻留内存的方式解决

(2) 单例模式可以在系统设置全局变量访问点，优化了共享资源的访问

常见单例实现方式

1. 饿汉式（静态常量）

优点：写法简单，在类加载时就完成了实例化；避免了线程同步问题

缺点：没有达到懒加载的效果，如果没有用到这个实例，将造成内存浪费

结论：可用于实际开发

public class Singleton {
    /**
     * 1.构造器私有化
     */
    private Singleton() {}
	
    /**
     * 2.类内部创建对象实例
     */
    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
	
    /**
     * 3.提供公有静态方法，返回实例对象
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

2. 饿汉式（静态代码块）

该方式和静态常量的方式类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中；即在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例；优缺点和静态常量的方式一样

结论：可用于实际开发

public class Singleton {
    /**
     * 1.构造器私有化
     */
    private Singleton() {}
	
    /**
     * 2.类内部创建对象属性
     */
    private static Singleton INSTANCE;
	
    /**
     * 3.在静态代码块中创建单例对象
     */
    static {
        INSTANCE = new Singleton();
    }
	
    /**
     * 4.提供公有静态方法，返回实例对象
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

3. 懒汉式（线程不安全）

优点：起到了懒加载的效果，但只能在单线程的场景下使用

缺点：如果在多线程下，一个线程还在 if 判断语句块，而另一个线程通过了 if 代码块，就会产生多个实例

结论：实际开发中，不推荐使用该方式

public class Singleton {
    /**
     * 1.构造器私有化
     */
    private Singleton() {}
	
    /**
     * 2.类内部创建对象属性
     */
    private static Singleton INSTANCE;
	
    /**
     * 3.提供公有静态方法，返回实例对象
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return null == INSTANCE ? new Singleton() : INSTANCE;
    }
}

4. 懒汉式（线程安全，同步方法）

对方式 3 进行改进，对返回单例对象的 getInstance() 方法添加 synchronized，保证线程安全；即多个线程不能同时调用 getInstance() 方法

优点：解决了线程不安全的问题

缺点：效率太低，多个线程想获取类的实例的时候，执行 getInstance() 方法都要同步；而其实该方法只执行一次实例化代码就够了，其他的线程想获取该类的实例，直接 return 就行了；使用方法同步降低了效率

结论：实际开发中，不推荐使用该方式
public class Singleton {
/**
* 1.构造器私有化
*/
private Singleton() {}

/**
 * 2.类内部创建对象属性
 */
private static Singleton INSTANCE;

/**
 * 3.提供公有静态方法，返回实例对象
 */
public static synchronized Singleton getInstance() {
    return null == INSTANCE ? new Singleton() : INSTANCE;
}

}

5. 双重检查

加入了双重检查代码，解决了线程安全的问题，同时也解决了懒加载的问题，效率较高

结论：可用于实际开发

public class Singleton {
    /**
     * 1.构造器私有化
     */
    private Singleton() {}
	
    /**
     * 2.类内部创建对象属性
     */
    private static volatile Singleton INSTANCE;
	
    /**
     * 3.提供公有静态方法，返回实例对象
     */
    public static Singleton getInstance() {
        if(null == INSTANCE) {
            // 保证创建实例对象的时候, 只能有一个线程
            synchronized(Singleton.class) {
                if(null == INSTANCE) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

6. 静态内部类（推荐）

当外部类 Singleton 装载的时候，内部类 SingletonInstance 并不会立即装载，实现了延迟加载

只有在调用 getInstance() 方法的时候，才使用到内部类，这时候内部类才会装载；而类的装载过程是线程安全的，即保证了线程安全

所以静态内部类这种方式既保证了懒加载，又保证了线程安全

结论：强烈推荐

public class Singleton {
    /**
     * 1.构造器私有化
     */
    private Singleton() {}
	
    /**
     * 2.通过静态内部类实例化对象
     */
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
	
    /**
     * 3.提供公有静态方法，返回实例对象
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

7. 枚举（推荐）

借助 JDK1.5 添加的枚举实现单例模式，不仅避免了多线程同步的问题，还能防止反序列化重新创建新的对象

结论：强烈推荐

public enum Singleton {
    /**
     * 定义单例对象属性
     */
    INSTANCE;
	
    /**
     * 定义单例对象方法
     */
    public void method() {
        System.out.println("枚举实现单例");
    }
}