java23种设计模式之二: 单例设计模式(6种写法)

定义：

　　指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式.

特点：

　　单例类只有一个实例对象；

　　该单例对象必须由单例类自行创建；

　　单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点；

应用场景：

　　多线程中的线程池、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、 系统中的缓存等常常被设计成单例

模式结构：

　　1.单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类

　　2.访问类：使用单例的类

实现：

　　单例模式的实现通常又分为了6种实现方式

　　1.饿汉式

　　2.懒汉式(unsafe)

　　3.懒汉式(secruity)

　　4.懒汉式(Double check)

　　5.懒汉式(volatile security)

　　6.静态内部类(inner_static)

总述：如果要写一个单例模式，要私有构造函数，对外提供唯一对象实例。

本文共有6种写法，仅供参考(全篇阅读约10分钟)

1.饿汉式

　　优点: 在多线程情况下，该方法创建的单例是线程安全的(立即加载）

　　缺点: 由于instance 是由静态修饰的，所以在加载类之前就会将instance 加载到方法区中，如果长时间不用，这样会长时间占用内存。

public class HungrySingleton {

    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton() {};

    public HungrySingleton getHungrySingleton() {
        return instance;
    }
}

2.懒汉式(Unsafe)

　　优点：只有在使用时才会被创建，不会在初始化时消耗大量内存

　　缺点：线程是不安全的。当被多个线程调用时，线程是不安全，需要在获取实例方法添加synchronized

public class LazySingleton {

    private static LazySingleton instance ;
    private LazySingleton() {}

    public LazySingleton getLayzSingleton() {
        if(instance == null)
            instance = new LazySingleton();
//        return instance;
        return LazySingleton.instance;    ////此种写法更直观，可以看出是某个类的实例变量
    }
}

3.懒汉式(security)

　　优点：只有在使用时才会被创建，不会在初始化时消耗内存,同时又确保了线程是安全的

　　缺点：虽然保证线程是安全，由于加了同步锁会在并发访问时影响性能

public class LazySingletonSecurity {

    private static LazySingletonSecurity instance;

    private LazySingletonSecurity() {}

    public synchronized LazySingletonSecurity getInstance() {
        if(instance == null)
            instance = new LazySingletonSecurity();
        return instance;
//        return LazySingletonSecurity.instance;
    }
}

4.懒汉式(double check)

　　在示例3中，在getInstance()获取实例的方法是同步的，其目的是为了防止多个线程在获取实例时并发的创建多个对象，但是这样影响了访问的效率，既然是为了防止多线程并发访问，那我们可以把同步方法改成同步代码块，在创建instance 实例处加上同步代码块，当线程1访问instance == null;进来拿到同步锁，将实例创建完成才释放锁，当线程2访问时，instance 已经不等于null 直接返回了实例。

　　优点：在使用时都会被创建，访问效率高、线程安全

　　缺点：可能会实现空指针情况

public class LazySingletonDoubleCheck {

    private static LazySingletonDoubleCheck instance;
    private LazySingletonDoubleCheck() {}

    /**
     *  synchronized处：当线程1执行完创建实例释放锁后，线程2执行到此处代码时,得到实例不等于null，于是
     *  返回拿到了返还的实例，可能这样解释你觉得怎么会出现这种情况，但这种情况确实会出现，是因为java
     *  的happens-before规则导致的，在代码编译后，编译器和处理器会进行优化处理，但在在堆内存创建
     *  对象后直接返回了，可能还没有将对象的一些属性初始化完成，而线程2得到的实例可能会出现空指针的情况。
     */
    public LazySingletonDoubleCheck getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (LazySingletonDoubleCheck.class) {
                if (instance == null)
                    instance = new LazySingletonDoubleCheck();
            }
        }
        return instance;
    }
}

5.懒汉式(volatile security)

　　优点：在使用时都会被创建，访问效率高、线程安全

　　缺点：如果对关键字性能不了解，这种写法可能不太会被接受

　　　　volatile:虽然不能保证原子性，但保证内存的可见性，即多个线程看到的数据是同一份,它在加载读的时候，会保证所有写的操作完成之后，才会去读，即保证了在创建对象的时候会保证对象完全初始化创建完成。

public class LazySingletonVolatileSecurity {

    private static volatile LazySingletonVolatileSecurity instance;

    private LazySingletonVolatileSecurity() {};

    public LazySingletonVolatileSecurity getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (LazySingletonVolatileSecurity.class) {
                if(instance == null)
                    instance = new LazySingletonVolatileSecurity();
            }
        }

        return instance;
    }
}

6.静态内部类(inner_static)

　　优点：

　　　　1.被static 修饰的类，只有使用到时才会进行加载，而且只加载1次

　　　　2.这种方式是通才内部类调用外部类构造函数，同时提供1种对外访问的方法来实现的

　　缺点：需要对jvm加载class的时机掌握的比较清楚

public class LazySingletonInnerStatic {

    private LazySingletonInnerStatic() {}

    private static class InnerClass{
        private static final LazySingletonInnerStatic instace = new LazySingletonInnerStatic();
    }

    public LazySingletonInnerStatic getInstance() {
        return LazySingletonInnerStatic.InnerClass.instace;
    }
}