单例设计模式介绍
所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个软件系统种,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。
比如Hibernate的SessionFactory,它充当数据存储源的代理,并负责创建Session对象,SessionFactory并不是轻量级的,一般情况下,一个项目通常只需要一个SessionFactory就够,这时就会使用到单例模式。
单例模式的八种写法
- 饿汉式(静态常量)可以用
- 饿汉式(静态代码块)可以用
- 懒汉式(线程不安全)不可用
- 懒汉式(线程安全,同步方法)可以用,效率低
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)不可用
- 双重检查 (推荐使用)
- 静态内部类 (推荐使用)
- 枚举 (推荐使用)
饿汉式(静态常量)应用实例
步骤如下:
- 构造器私有化(防止 外部new创建实例)
- 类的内部创建对象
- 向外暴露一个静态的公共方法
代码示例:
public class SingletonTest01 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance=Singleton.getInstance();
Singleton instance2=Singleton.getInstance();
System.out.println(instance==instance2);
System.out.println("instance.hascode="+instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
}
}
class Singleton{
//1、构造器私有化(防止 外部new创建实例)
private Singleton(){
}
//2、本类内部创建对象实例
private final static Singleton 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;
}
}
测试输出:
true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958
优缺点说明:
- 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成了实例化,避免了线程同步问题。
- 缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到lazy loading的效果。如果从始至终未使用过这个实例,则会造成内存的浪费
- 这种方式基于classloader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,在单例设计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,这时候初始化的instance就没有达到lazyloading的效果
- 结论:这种单例模式可用,可能会造成内存浪费
饿汉式(静态代码块)
示例:
public class SingletonTest02 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance= Singleton.getInstance();
Singleton instance2= Singleton.getInstance();
System.out.println(instance==instance2);
System.out.println("instance.hascode="+instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
}
}
class Singleton{
//1、构造器私有化(防止 外部new创建实例)
private Singleton(){
}
//2、本类内部创建对象实例
private static Singleton instance;
//3、在静态代码块中,创建单例对象
static{
instance=new Singleton();
}
//4、提供一个公有的静态方法,返回实例对象
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
测试输出:
true
instance.hascode=1908153060
instance2.hascode=1908153060
优缺点说明:
- 这种方式和上面的方式其实类似,只不过将类实例化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。优缺点和上面一样的。
- 结论:这种单例模式可用,但是可能会造成内存浪费
懒汉式(线程不安全)
示例:
public class SingletonTest03 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance= Singleton.getInstance();
Singleton instance2= Singleton.getInstance();
System.out.println(instance==instance2);
System.out.println("instance.hascode="+instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
}
}
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance
//即懒汉式
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
return instance;
}
}
测试输出:
true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958
优缺点:
- 起到了lazy loading的效果,但是只能在单线程下使用。
- 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
- 结论:在实际开发中,不要使用这种方式。
懒汉式(线程安全,同步方法)
示例:
public class SingletonTest04 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance= Singleton.getInstance();
Singleton instance2= Singleton.getInstance();
System.out.println(instance==instance2);
System.out.println("instance.hascode="+instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hascode="+instance2.hashCode());
}
}
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance
//即懒汉式
//加入同步处理代码解决线程安全问题
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
return instance;
}
}
测试输出:
true
instance.hascode=460141958
instance2.hascode=460141958
优缺点说明:
- 解决了线程不安全问题
- 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
- 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式
懒汉式(线程安全,同步代码块)
示例:
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance
//即懒汉式
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
instance=new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
结论:不可取,有可能多个线程同时进入了if(instance==null)中,实际上并非线程安全
懒汉式(双重检查)
class Singleton{
private static volatile Singleton instance;
private Singleton(){}
//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance
//即懒汉式
//双重检查方式
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance==null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
结论:Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,完美解决了线程安全问题,同时实现了懒加载,效率较高,推荐使用
静态内部类
class Singleton{
//构造器私有化
private Singleton(){}
//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性Singleton
private static class SingletonInstance{
private static final Singleton Instance=new Singleton();
}
//使用静态内部类方式
public static Singleton getInstance(){
return SingletonInstance.Instance;
}
}
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
public class SingletonTest08 {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance=Singleton.INSTANCE;
Singleton instance2=Singleton.INSTANCE;
System.out.println(instance==instance2);
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance2.hashCode());
instance.sayOK();
}
}
//使用枚举实现单例
enum Singleton{
INSTANCE;
public void sayOK(){
System.out.println("ok~");
}
}
优缺点:
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
单例模式在JDK应用源码分析
如java.lang.runtime是一个经典的单例模式。
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)