单例设计模式（Singleton）

一、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的软件系统中，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（静态方法）

　　例如：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，这里就会使用到单例模式

二、单例设计模式的七种方式

　　（1）饿汉式（静态常量）

　　　　步骤：① 构造器私有化（防止new）

　　　　　　　② 在类的内部创建对象

　　　　　　   ③ 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 饿汉式（静态变量）
 4  */
 5 public class Singleton01 {
 6     //构造器私有化，防止外部创建对象
 7     private Singleton01() {
 8     }
 9
10     //在本类内部创建对象实例
11     private final static Singleton01 instance = new Singleton01();
12
13     //对外提供公有静态方法返回实例对象
14     public static Singleton01 getInstance() {
15         return instance;
16     }
17 }
18
19
20 public class SingletonTest01 {
21     public static void main(String[] args) {
22         Singleton01 singleton01 = Singleton01.getInstance();
23         Singleton01 singleton02 = Singleton01.getInstance();
24         System.out.println(singleton01.equals(singleton02));//true
25     }
26 }

　　　　输出结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题

　　　　缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费

　　　　这种方式基于类装载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instance就没有达到懒加载的效果

　　　　结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

　　（2）饿汉式（静态代码块）

　　　　与上面步骤相似，不过将类实例化的过程放在了静态代码块中

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 饿汉式（静态代码块）
 4  */
 5 public class Singleton02 {
 6     //构造方法私有化，防止外部new
 7     private Singleton02() {
 8     }
 9
10     //本类内部声明对象
11     private static Singleton02 instance;
12
13     //在静态代码块中创建单例对象
14     static {
15         instance = new Singleton02();
16     }
17
18     //提供公有方法getInstance返回实例
19     public static Singleton02 getInstance() {
20         return instance;
21     }
22 }
23
24 public class Singleton02Test {
25     public static void main(String[] args) {
26         Singleton02 singleton02 = Singleton02.getInstance();
27         Singleton02 singleton03 = Singleton02.getInstance();
28         System.out.println(singleton02.equals(singleton03));//true
29     }
30 }

　　　　输出结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的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。优缺点和上面是一样的

　　　　结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

　　（3）懒汉式（线程不安全）

　　　　为了解决内存浪费的问题，我们将getInstance的执行流程改为调用方法再返回实例，通俗的讲就是懒加载

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 懒汉式（线程不安全）
 4  * */
 5 public class Singleton03 {
 6     private static Singleton03 instance;
 7
 8     private Singleton03() {
 9     }
10
11     /**
12      * 当使用到该方法时再去创建实例
13      * */
14     public static Singleton03 getInstance() {
15         if (instance == null) {
16             instance = new Singleton03();
17         }
18         return instance;
19     }
20 }
21
22 public class Singleton03Test {
23     public static void main(String[] args) {
24         Singleton03 singleton03 = Singleton03.getInstance();
25         Singleton03 singleton04 = Singleton03.getInstance();
26         System.out.println(singleton03.equals(singleton04));//true
27     }
28 }

　　　　运行结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　起到了懒加载的效果，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

　　（4）懒汉式（线程安全，同步方法）

　　　　要解决线程不安全的问题，我们可以将getInstance方法改成同步执行，一个线程访问一个对象中的synchronized同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 懒汉式（线程安全，同步方法）
 4  * */
 5 public class Singleton04 {
 6     private static Singleton04 instance;
 7
 8     private Singleton04() {
 9     }
10
11     /**
12      * 当使用到该方法时再去创建实例，加入同步代码，解决线程不安全问题
13      * */
14     public static synchronized Singleton04 getInstance() {
15         if (instance == null) {
16             instance = new Singleton04();
17         }
18         return instance;
19     }
20 }
21
22
23 public class Singleton04Test {
24     public static void main(String[] args) {
25         Singleton04 instance01 = Singleton04.getInstance();
26         Singleton04 instance02 = Singleton04.getInstance();
27         System.out.println("懒汉式（线程安全，同步方法）:" + instance01.equals(instance02));//true
28     }
29 }

　　　　运行结果：

　　　　

　　　  分析：

　　　　优点：解决了线程安全问题

　　　　缺点：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

　　（5）懒汉式（双重检查）

　　　　为了同时解决线程安全和懒加载的问题，这里需要使用volatile关键字以及synchronized代码块

　　　　volatile关键字详细解读

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 懒汉式（双重检查）
 4  */
 5 public class Singleton05 {
 6     //使instance的变动立即写入到主存中
 7     private static volatile Singleton05 instance;
 8
 9     private Singleton05() {
10     }
11
12     //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题，保证了效率
13     public static Singleton05 getInstance() {
14         //解决懒加载问题
15         if (instance == null) {
16             //解决线程安全问题，保证每次只有一个线程进入该代码块
17             synchronized (Singleton05.class) {
18                 if (instance == null) {
19                     instance = new Singleton05();
20                 }
21             }
22         }
23         return instance;
24     }
25 }
26
27 public class Singleton05Test {
28     public static void main(String[] args) {
29         Singleton05 instance01 = Singleton05.getInstance();
30         Singleton05 instance02 = Singleton05.getInstance();
31         System.out.println("懒汉式（双重检查）:" + instance01.equals(instance02));
32     }
33 }

　　　　运行结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　Double-Check（双重检查）概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了

　　　　这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步，线程安全，懒加载，效率较高

　　　　结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

　　（6）静态内部类

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 静态内部类
 4  */
 5 public class Singleton06 {
 6
 7     //构造器私有化
 8     private Singleton06() {
 9     }
10
11     //静态内部类，该类内部有一个静态属性Singleton06
12     private static class SingletonInstance {
13         private static final Singleton06 INSTANCE = new Singleton06();
14     }
15
16     //提供getInstance方法直接返回实例
17     public static Singleton06 getInstance() {
18         return SingletonInstance.INSTANCE;
19     }
20 }
21
22 public class Singleton06Test {
23     public static void main(String[] args) {
24         Singleton06 instance01 = Singleton06.getInstance();
25         Singleton06 instance02 = Singleton06.getInstance();
26         System.out.println("静态内部类:" + instance01.equals(instance02));//true
27     }
28 }

　　　　运行结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　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

　　　　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

　　　　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

　　　　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

　　　　结论：推荐使用

　　（7）枚举

　　　　代码实现：

 1 /**
 2  * 单例设计模式
 3  * 枚举
 4  */
 5 public enum Singleton07 {
 6     INSTANCE;//属性
 7     public void sayOK(){
 8         System.out.println("OK ");
 9     }
10 }
11
12 public class Singleton07Test {
13     public static void main(String[] args) {
14         Singleton07 instance = Singleton07.INSTANCE;
15         Singleton07 instance01 = Singleton07.INSTANCE;
16         System.out.println("枚举：" + instance.equals(instance01));
17         instance.sayOK();
18     }
19 }

　　　　运行结果：

　　　　

　　　　分析：

　　　　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

　　　　这种方式是《Effective Java》作者 Josh Bloch  提倡的方式

　　　　结论：推荐使用

三、总结

　　多线程环境下建议使用枚举，静态内部类，双重检查等方式实现单例模式

　　单线程环境下可以使用懒汉式和饿汉式的方法实现单例模式