设计模式的学习(四)：单例模式

红太狼 2020-11-13 19:28 481阅读 0赞

## 单例模式 ##

**1、单例模式**（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

**2、例子**  
显示中就有很多设备，机器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。单例模式也是非常常见的，比如面试的时候常常让写。java中也经常用到，比如：Calendar日期类获取的时候就是用的单例模式。

**3、单例模式的优缺点**  
**优点：**  
1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

**缺点：**  
没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

**4、代码**

public class EntryptTest {
    
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		SingleObject instance = SingleObject.getInstance();
    		instance.test();
    	}
    }
    
    class SingleObject{
    
    	//创建一个singleObject 的对象
    	private  static  SingleObject instance = new SingleObject();
    
    	//私有构造函数，这样外界就不会进行实例化
    	private SingleObject(){}
    
    	//获取唯一的对象
    	public static SingleObject getInstance(){
    		return instance;
    	}
    
    	public void test(){
    		System.out.println("this is singleObject test !");
    	}
    }

输出：

this is singleObject test !

**分析：**  
我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。  
SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo，我们的演示类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。  
**再次盗图：**  
![在这里插入图片描述][20181219121254722]

我写的这个是饿汉式，实际上单例还有许多别的写法。

## 单例模式的几种实现方式： ##

**1、懒汉式，线程不安全**  
是否 Lazy 初始化：是  
是否多线程安全：否  
实现难度：易  
描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。  
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class Singleton {  
        private static Singleton instance;  
        private Singleton (){}  
      
        public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
        }  
    }

**2、懒汉式，线程安全**  
是否 Lazy 初始化：是  
是否多线程安全：是  
实现难度：易  
描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。  
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。  
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。  
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

public class Singleton {  
        private static Singleton instance;  
        private Singleton (){}  
        public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
        }  
    }

**3、饿汉式**  
是否 Lazy 初始化：否  
是否多线程安全：是  
实现难度：易  
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。  
优点：没有加锁，执行效率会提高。  
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。  
它基于 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也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 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class Singleton {  
        private static Singleton instance = new Singleton();  
        private Singleton (){}  
        public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
        }  
    }

**4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）**  
JDK 版本：JDK1.5 起  
是否 Lazy 初始化：是  
是否多线程安全：是  
实现难度：较复杂  
描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。  
getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class Singleton {  
        private volatile static Singleton singleton;  
        private Singleton (){}  
        public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
            if (singleton == null) {  
                singleton = new Singleton();  
            }  
            }  
        }  
        return singleton;  
        }  
    }

**5、登记式/静态内部类**  
是否 Lazy 初始化：是  
是否多线程安全：是  
实现难度：一般  
描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。  
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

public class Singleton {  
        private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
        }  
        private Singleton (){}  
        public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
        }  
    }

**6、枚举**  
JDK 版本：JDK1.5 起  
是否 Lazy 初始化：否  
是否多线程安全：是  
实现难度：易  
描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。  
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。  
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

public enum Singleton {  
        INSTANCE;  
        public void whateverMethod() {  
        }  
    }

**一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。**

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