给大忙人写的单例模式的八种实现方法

简介: 给大忙人写的单例模式的八种实现方法


一、单例模式介绍

单例模式就是采取一定的方法保证在整个软件系统中,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)。

二、单例模式的八种方式:

  • 1、饿汗式(静态常量)
  • 2、饿汗式(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

三、饿汗式

(一)饿汗式(静态常量)

通常实现方法:

  • 1、构造器私有化
  • 2、类的内部创建对象
  • 3、向外暴露一个静态的公共方法
  • 4、代码实现

代码实现:

public class SingLeton{
    //1.构造器私有化,外部可以new
    private SingLeton(){
    }
    //2.本类的内部创建对象
    private final static SingLeton singleton = new SingLeton();
    //3.向外暴露一个静态的公共的方法
    public static SingLeton getSingleton(){
        return singleton;
    }
}

测试代码:

package singleton.type1;
public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890
Process finished with exit code 0

优缺点:

  • 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,没有达到懒加载的效果。如果从开始到程序结束窦娥米使用这个实例,则会造成内存的浪费。

结论:

代码简单可以正常使用,但是可能会造成资源浪费。

欢迎关注我,一起创造奇迹;代码改变世界,一点也没有错。

(二)饿汗式(静态代码块)

相对于静态常量的方式只是把final常量给去掉了,然后再static{}静态代码块中初始化。

代码实现:

package singleton.type2;
public class SingLeton{
    //1.构造器私有化,外部可以new
    private SingLeton(){
    }
    //2.本类的内部创建对象
    private  static SingLeton singleton;
    //在静态代码块中创建单例模式
    static {
        singleton = new SingLeton();
    }
    //3.向外暴露一个静态的公共的方法
    public static SingLeton getSingleton(){
        return singleton;
    }
}

测试:

package singleton.type2;
public class SingletonTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890
Process finished with exit code 0

可以看到效果还是一样的。

优缺点:

  • 1、这种方式和静态常量方式是相似的,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。优缺点都和静态常量的一样。

结论:

代码简单可以正常使用,但是可能会造成资源浪费。

四、懒汉式

(一)懒汉式(线程不安全)

通常实现方法:

  • 在初始化的时候判断一下是否已经初始化,如果初始化了,就直接返回,否则就初始化,然后返回实例结果。
  • 实际开发中,不推荐使用。

代码实现:

package singleton.type3;
public class SingLeton {
    private static SingLeton singleton;
    private SingLeton(){
    }
    //提供一个静态的共有方法,当使用到该方法时,才去创建singleton
    //就是所说的懒汉式,只有在使用的时候才会去创建对象
    public static SingLeton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            singleton = new SingLeton();
        }
        return singleton;
    }
}

测试代码:

package singleton.type3;
public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("懒汉式:");
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

懒汉式:
true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890

优缺点:

  • 1、起到了懒加载的效果(用到才会创建,用不到就不会创建),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能使用这种方式。

结论:

在实际开发中,不能使用这种方式,因为有潜在的风险。这种写法,就破坏了单利模式的原则了。

(二)懒汉式(线程安全,同步方法)

通常实现方法:

  • 因为上面那个是线程不安全的,所以下面这个是为了改造上面的写法而诞生的。
  • 在初始化方法中添加synchronized关键字;如果有多个需要执行的话,就不让其余的线程去执行了。
  • 这样的话,如果来了很多使用的人,就会排队一个一个执行,不会造成上面的情况。

代码实现:

package singleton.type4;
/**
 * (二)、懒汉式(线程安全,同步方法)
 * 懒汉式的第二种写法,解决线程安全
 */
public class SingLeton {
    private static SingLeton singleton;
    private SingLeton(){
    }
    //提供一个静态的共有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题
    //懒汉式
    public static synchronized SingLeton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            singleton = new SingLeton();
        }
        return singleton;
    }
}

测试代码:

package singleton.type4;
public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("懒汉式:线程安全");
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

懒汉式:线程安全
true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890

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的时候,执行getXX()方法都要进行同步。其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面在排队想获得该类实例的线程直接return就行了。方法进行同步效率太低。

结论:

在实际开发中效率太低了,不推荐使用这种方式。

(三)懒汉式(线程安全,同步代码块)

代码实现:

package singleton.type5;
/**
 (三)、懒汉式(线程安全,同步代码块)
 */
public class SingLeton {
    private static SingLeton singleton;
    private SingLeton(){
    }
    //懒汉式
    public static SingLeton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            synchronized (SingLeton.class){
                singleton = new SingLeton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

优缺点:

  • 1、这种写法的本意是想对第四种实现方式进行改进,因为前面同步方法效率太低,改为同步产生实例化的代码块。
  • 2、但是这种同步并不能起到线程永不的作用。跟第三种实现方式遇到的情况是一样的,加入一个线程进入if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。

结论:

在实际开发中,不能使用这种方式。

五、双重检查(推荐使用)

推荐使用

可以解决:

  • 1、可以解决线程安全的问题;
  • 2、可以解决效率的问题;
  • 3、懒加载也符合要求。

代码实现:

package singleton.type6;
/**
 五、双重检查(推荐使用)
 推荐使用
 */
public class SingLeton {
    //加上volatile关键字:可以让共享的变量达到共享的结果
    private static volatile SingLeton  singleton;
    private SingLeton(){
    }
    //提供一个静态的共有方法,加入双重检查代码,
    // 解决了线程安全问题
    // 解决了懒加载问题
    // 保证了效率
    public static SingLeton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            synchronized (SingLeton.class){
                /*
                 如果有A和B同时进入了这个代码块,那么假设A先进入了if代码块;
                 假设B后来了,走到if代码块的时候,发现类已经实例化了,就直接返回数据了
                 假设后面又来了C、D、E,那么根本就不会执行到这里,在第一层的if判断就被截止了,直接返回了
                 */
                if(singleton==null) {//1:现在A进来了,为null;
                    singleton = new SingLeton();//2:把类实例化,然后返回给A。
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

测试代码:

package singleton.type6;
/**
 * 五、双重检查(推荐使用)
 */
public class SingletonTest06 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("双重检查:");
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

双重检查:
true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890

测试也是没有问题

优缺点:

  • 1、Double-Check概念是多线程开发经常使用到的,如代码中所示,使用了两次if(singleton==null)检查,这样就可以保证了线程的安全。
  • 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已经实例化的对象,也避免了重复进行方法同步。

结论:

保证了线程安全;延迟加载;效率较高;

在实际开发中,推荐使用这种方式。

六、静态内部类(推荐使用)

静态内部类特点:

  • 1、当外部类被装载时,内部类并不会装载;
  • 2、当外部类调用内部类的时候,才会装载,而且只会装载一次;而且在装载的时候是线程安全的,可以拿到懒加载的效果,同时是线程安全的;

代码实现:

package singleton.type7;
/**
 使用静态内部类完成单例模式
 */
public class SingLeton {
    //加上volatile关键字:可以让共享的变量达到共享的结果
    private static volatile SingLeton singleton;
    //构造器私有化
    private SingLeton(){
    }
    //静态内部类
    /**
     * 好处:外部类在装载的时候,并不会直接装载这个内部类,从而保证了懒加载是可用的;
     * 只有来取的时候,才会被装载;
     */
    private static class SingLetonInClass{
        private static final SingLeton SING_LETON = new SingLeton();
    }
    //提供一个静态的共有方法,直接返回`SingLetonInClass.SING_LETON`
    public static SingLeton getSingleton(){
        return SingLetonInClass.SING_LETON;
    }
}

测试代码:

package singleton.type7;
/**
 * 使用静态内部类完成单例模式
 */
public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用静态内部类完成单例模式:");
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.getSingleton();
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.getSingleton();
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

使用静态内部类完成单例模式:
true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890

测试也是没问题的

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、静态内部类方式在外部类SingLeton类被装载时,不会立即实例化。而是在需要实例化的时候,调用内部类的变了时,才会被装载,从而完成SingLeton类的实例化;
  • 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:

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;

推荐使用;

七、枚举(推荐使用)

说明:

原先的一些问题,都可以使用枚举类来解决,用枚举类来实现单例模式还是比较好的。

代码实现:

package singleton.type8;
//使用枚举类实现单例模式
enum  SingLeton {
    SING_LETON;//属性
    public void getInfoData(String name){
        System.out.println("你好:"+name);
    }
}

测试代码:

package singleton.type8;
/**
 * 使用静态内部类完成单例模式
 */
public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用枚举类实现单例模式:");
        SingLeton singLeton1 = SingLeton.SING_LETON;
        SingLeton singLeton2 = SingLeton.SING_LETON;
        //测试创建的两个是否相等
        System.out.println(singLeton1 == singLeton2);//true
        //可以查看hashCode是否相同
        System.out.println("singLeton1="+singLeton1.hashCode());
        System.out.println("singLeton2="+singLeton2.hashCode());
    }
}

测试结果:

使用枚举类实现单例模式:
true
singLeton1=1956725890
singLeton2=1956725890

测试结果也是成功的;

优缺点:

  • 使用枚举类的方式来实现单例模式,借助了JDK1.5中添加的枚举类来实现的。不仅能避免多线程同步问题,还能防止反序列化重新创建对象。

结论:

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式;

推荐使用。

八、单例模式在JDK源码中使用的情形

在jdk源码中Runtime就使用了单例模式来实现的

在 java.lang.Runtime中

打开Runtime.java的源码的话,可以看到包含一下代码:

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
    private Runtime() {}
 ......   
}

代码分析:

  • 1、构造方法是私有的:private Runtime(){};
  • 2、变量是最初new出来的:private static Runtime currentRuntime = new Runtime();;
  • 3、只有用到的时候是使用get方法获取的:getRuntime()

由以上分析过后,可以看出来是使用的饿汉式的单例实现模式来实现的。

九、总结

单例模式:就是采取一定的方法保证在整个软件系统中,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)。

推荐使用的实现单例模式的方式:

  • 枚举类
  • 静态内部类
  • 双重检查
  • 饿汉式(可能会存在内存浪费)

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;

单利模式使用的场景:

  • 1、需要频繁的进行创建和销毁的对象;
  • 2、创建对象时耗时过多或消耗资源过多(重量级对象);
  • 3、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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