大话设计模式之单例模式详解

应用场景

在学习单例设计模式前，我想应该先去了解这种模式是在什么样的背景下产生的，这有利于后续学习时的理解。记得我自己最先真正使用到单例模式，是在进行数据库连接的时候，当时在做原生项目的时候，因为需要经常访问数据库，就会常常打开和关闭数据库连接，这种方式会导致项目的效率下降。在这种场景下，如果使用一个类，来对数据库资源的连接进行封装，保证在整个项目中，只有一个该类提供的对象，就可以避免上述的问题。所以，单例模式的作用也就体现出来了，当然它的应用场景还有许多，例如项目日志输出，统计网站在线人数等。

定义

单例模式最初的定义出现于《设计模式》（艾迪生维斯理，1994）：“保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。”在Java中单例模式的定义是：“一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。”

实现思路

单例模式分为饿汉式和懒汉式两种，两者实现的思路相同：
1.在单例类中，提供一个私有静态属性，用于接收实例化对象；
2.在单例类中，构造方法必须私有化，防止在类外进行实例化；
3.在单例类中，向类外提供一个获取类对象的公有静态方法。

代码实现

饿汉式单例模式实现

饿汉式单例模式：在系统加载类的时候就会创建类的对象，并保存在类中。它的特点是线程安全，以空间换时间。

public class Singleton {
    //1、私有静态属性
    private static Singleton instance = new Singleton();
    //2、私有构造方法
    private Singleton() {
        System.out.println("***创建Singleton类对象***");
    }
    //3、公有静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    //测试
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}
//程序执行结果
***创建Singleton类对象***
true

懒汉式单例模式实现

懒汉式单例模式：在系统加载类的时候不创建类的对象，直到第一次使用类的对象时才会进行创建。它的特点是线程不安全，以时间换空间。

public class Singleton {
    //1、私有静态属性
    private static Singleton instance = null;
    //2、私有构造方法
    private Singleton() {
        System.out.println("***创建Singleton类对象***");
    }
    //3、公有静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        //判断类对象是否为空，若为空则创建类对象
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    //测试
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}
//程序执行结果
***创建Singleton类对象***
true

懒汉式单例模式是存在线程风险的，下面我们来测试一下，是不是像说的那样真的存在线程风险？

public class Singleton {
    //1、私有静态属性
    private static Singleton instance = null;
    //2、私有构造方法
    private Singleton() {
        System.out.println("【" + Thread.currentThread().getName() + "】***创建Singleton类对象***");
    }
    //3、公有静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        //判断类对象是否为空，若为空则创建类对象
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    public void print() {
        System.out.println("**执行print()方法**");
    }
    //测试
    public static void main(String[] args) {
        //创建三个线程对象并运行
        for(int i = 0; i < 3; i++){
           new Thread(() -> {
               //在线程运行过程中，获取Singleton类对象
               Singleton.getInstance().print();
           }, "线程对象 - " + i).start();
        }
    }
}
//程序执行结果
【线程对象 - 0】***创建Singleton类对象***
【线程对象 - 1】***创建Singleton类对象***
**执行print()方法**
【线程对象 - 2】***创建Singleton类对象***
**执行print()方法**
**执行print()方法**

通过程序的执行结果，发现当有了若干个线程对象，当前的程序就可以产生多个Singleton类的对象。显然，这不符合单例模式的特点，因为单例模式要求在程序的整体运行中只产生一个实例化对象。造成上述问题的关键是，代码本身出现了不同步的情况，而解决的核心就在于进行同步处理。

懒汉式单例模式改进

实现代码同步，我们需要使用到sychronized关键字。改进方法一，直接对公有静态方法做同步处理：

public static synchronized Singleton getInstance() {
    //判断类对象是否为空，若为空则创建类对象
    if(instance == null){
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}
//程序执行结果
【线程对象 - 0】***创建Singleton类对象***
**执行print()方法**
**执行print()方法**
**执行print()方法**

按照上述方法，我们的确实现了单例模式的要求，保证在程序整体运行过程中，单例类只提供一个实例化的对象。但是，使用这种方法做同步处理，效率会比较低，因为在整个方法中只有一个地方需要做同步处理，下面我们使用同步代码块进行更合理的同步处理。

public static Singleton getInstance() {
    //判断类对象是否为空，若为空则创建类对象
    if(instance == null){
        //同步代码块，静态方法中不允许使用this关键字，这里使用类的Class对象
        synchronized(Singleton.class){
            if(instance == null){
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}
//程序执行结果
【线程对象 - 0】***创建Singleton类对象***
**执行print()方法**
**执行print()方法**
**执行print()方法**

通过对“判断instance对象是否为空”作同步处理，这种方法可以减小同步产生的代价，使程序的执行效率更高一些。
懒汉式单例模式实现，使用这种方法也被称为DCL（双重检查加锁）。另外，为了在程序性能上再做一点提升，可以在单例模式的属性声明上使用volatile关键字，例如：

private static volatile Singleton instance = null;

到达文末了，十分感谢小伙伴们的阅读哈，如果您对我的文章有什么意见或者建议，也欢迎您来进行评论，私信我也可以哈！
代码如诗，小伙伴们和我一起努力加油，做持续学习者！：）