java23種設計模式—— 二、單例模式

• 2020 年 8 月 26 日
• 筆記
• 後端, 設計模式

源碼在我的github和gitee中獲取

介紹

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。
注意：

• 1、單例類只能有一個實例。
• 2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。
• 3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。

實現方式

餓漢式單例（靜態常量，線程安全）

顧名思義，餓漢式單例它很「餓」，所以一開始就創建了唯一但單例實例，但如果你沒有使用過這個實例，就會造成內存的浪費

/**
* 餓漢式單例
 * 優點：簡單，在類裝載時就完成了實例化，避免了線程同步問題，線程安全
 * 缺點：由於這個類已經完成了實例化，如果從始至終都沒有用過這個實例，就會造成內存的浪費
  */
public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Signleton instance1= Signleton.getInstance();
        Signleton instance2 = Signleton.getInstance();
        System.out.println(instance1==instance2);
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }
}
class Signleton{
    //1、構造器私有化,外部無法通過new新建
    private Signleton(){ }
    //2、內部創建對象實例
    private final static Signleton instance = new Signleton();
    //3、提供一個公有的靜態方法，返回實例對象
    public final static Signleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

輸出結果

true
1163157884
1163157884

可以看到輸出的是同一個實例

餓漢式單例（靜態代碼塊，線程安全）

和之前的方式類似，只不過將類實例化的過程放在了靜態代碼塊中，也就是類裝載的時候，

就執行靜態代碼塊中的代碼，優缺點和之前一樣

/**
 * 和之前的方式類似，只不過將類實例化的過程放在了靜態代碼塊中，也就是類裝載的時候，
 * 就執行靜態代碼塊中的代碼，優缺點和之前一樣
 */
public class SingletonTest02 extends Thread{
    public static void main(String[] args) {
        Signleton instance1= Signleton.getInstance();
        Signleton instance2 = Signleton.getInstance();
        System.out.println(instance1==instance2);
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
    }
}
class Signleton{
    //1、構造器私有化,外部無法通過new新建
    private Signleton(){}
    //2、內部創建對象實例
    private static Signleton instance;

    static {//靜態代碼塊種，創建單例對象
        instance = new Signleton();
    }
    //3、提供一個公有的靜態方法，返回實例對象
    public final static Signleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

輸出

true
1163157884
1163157884

懶漢式（線程不安全）

同樣，顧名思義，懶漢式單例它很懶。只有在你用到它時，它才會創建一個實例。

/**
 * 餓漢式-線程不安全
 * 優點：起到了懶加載的效果，但是只能在單線程下使用
 * 如果在多線程下，如果一個線程進入了if判斷語句塊，
 * 還沒來得及向下執行，另一個線程也進入這個判斷語句，就會產生多個實例（違背單例模式），
 * 實際開發中，不要使用這種方式
 */
public class SingletonTest03 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <10 ; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();
        }
    }
}
class Signleton{
    private static Signleton instance;
    private Signleton(){}
    //提供一個靜態的公有方法，當調用方法時，才去創建instance
    public static Signleton getInstance(){
        if(instance == null){//如果為空再去創建對象
            instance = new Signleton();
        }
        return instance;
    }
}

輸出

546405844
135417039
135417039
802181073
135417039
135417039
135417039
802181073
135417039
135417039

這裡我選了個比較極端的情況，如果你的電腦配置比較好，可能運行幾次結果都是符合單例模式的。

懶漢式（同步方法，線程安全）

上面方法之所以會存在線程不安全的情況，是因為多線程情況下，可能會有多條線程同時判斷單例是否創建。那麼要解決這個問題 ，只需要同步getInstance()方法

/**
 * 解決了線程不安全的問題
 * 但是大大降低了效率 每個線程想獲得實例的時候，執行getInstance（）方法都要進行同步
 */
public class SingletonTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <10 ; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();
        }
    }
}

class Signleton{
    private static Signleton instance;

    private Signleton(){}

    //提供一個靜態的公有方法，當調用方法時，才去創建instance
    public static synchronized Signleton getInstance(){
        if(instance == null){//如果為空再去創建對象
            instance = new Signleton();
        }
        return instance;
    }
}

結果

802181073
802181073
802181073
802181073
802181073
802181073
802181073
802181073
802181073
802181073

但是，synchronized是一個很重量的同步鎖，而我們每次執行getInstance()時都會進行同步，極其影響效率

懶漢式（雙重檢查，線程安全）

雙檢鎖，又叫雙重校驗鎖，綜合了懶漢式和餓漢式兩者的優缺點整合而成。看上面代碼實現中，特點是在synchronized關鍵字內外都加了一層 if 條件判斷，這樣既保證了線程安全，又比直接上鎖提高了執行效率，還節省了內存空間

/**
 * 懶漢模式-雙重檢查
 * 進行了兩次if判斷檢查，這樣就保證線程安全了
 * 通過判斷是否為空，來確定是否 需要再次實例化
 */
public class SingletonTest05 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <10 ; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();
        }
    }
}

class Signleton{
    private static volatile Signleton instance;//volatile保證可見性
    private Signleton(){}
    //提供一個靜態的公有方法，加入雙重檢查代碼，解決線程安全問題，同時解決懶加載問題
    public static Signleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Signleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Signleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

運行結果

79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
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79372097
79372097
79372097

推薦使用

靜態內部類（線程安全）

/**
 * 靜態內部類實現單例模式
 * 該方法採用了類裝載機制來保證初始化實例時只有一個線程
 * 靜態內部類在Signleton類被裝載時並不會立即實例化，而是需要實例化時，才會裝載SignletonInstance類
 * 類的靜態屬性只會在第一次加載類的時候初始化
 * 避免了線程不安全，利用靜態內部類實現懶加載，效率高
 */
public class SingletonTest07 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <10 ; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Signleton.getInstance().hashCode()) ).start();
        }
    }
}
class Signleton{
    //構造器私有
    private Signleton(){}
    //靜態內部類，該類中有一個靜態屬性Signleton
    private static class SignletonInstance{
        private static final Signleton instance = new Signleton();
    }
    //提供一個靜態的公有方法，直接返回SignletonInstance.instance
    public static Signleton getInstance() {
        return SignletonInstance.instance;
    }
}

結果

79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097
79372097

這種方式較為簡單，推薦使用

枚舉(線程安全)

/**
 * @author codermy
 * @createTime 2020/5/14
 * 枚舉方法實現單例模式
 * 藉助jdk1.5中添加的枚舉類來實現單例模式，
 * 不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創建新對象
 */
public class SingletonTest08 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
        singleton.Ok();
        for (int i = 0; i <10 ; i++) {
            new Thread(() -> System.out.println(Singleton.INSTANCE.hashCode()) ).start();
        }

    }
}
enum Singleton{
    INSTANCE;//屬性
    public void Ok(){
        System.out.println("ok");
    }
}

結果

ok
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792
858497792

可以看出，枚舉實現單例模式，最為簡潔，較為推薦。但是正是因為它簡潔，導致可讀性較差