设计模式学习笔记--单例模式

三、单例模式

​ 单例模式(Singleton Pattern)是Java中最简单的设计模式之一，涉及到一个单一的类，负责创建自己的对象且确保唯一，并提供对外调用方式。

• 单例类只能有一个实例对象
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例对象
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

介绍

​ 单例类提供一个可供全局访问的唯一的实例对象，用于全局频繁操作的单一对象，有助于节省系统资源。单例模式构造函数私有。

应用场景举例：1、多线程文件操作时候，操作文件的对象需要单一，以保证操作安全（当然需要配合线程同步）。2、唯一序列号的产生。3、web网站全局计数器。

• 优点：1、内存里只有一个实例，减少内存开销，尤其是频繁的创建与销毁实例。2、避免对资源的多重占用（如操作文件）。
• 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，而不应关心外部实例化的问题。

**注意事项：**getInstance()方法中需要使用同步锁synchronized(Singleton.class)防止多线程同时进入造成instance多次实例化。

实现

创建一个SingleObject类，私有化其构造函数并创建一个静态实例，对外提供一个静态方法，来获取它的静态实例。SingletonPatternDemo，来演示获取SingleObject的单例对象。

• 创建Singleton类

  SingleObject.java

public class SingleObject {  //创建一个SingleObject的对象  private static SingleObject instance = new SingleObject();  //私有化构造函数  private SingleObject(){}  //对外提供对象实例  public static SingleObject getInstance(){    return instance;  }  //单例类的其他方法  public void showMsg(){    System.out.println("Hello World!");  }}

• 获单一实例

  SingletonPatternDemo.java

public class SinglePatternDemo {  public static void main(String[] args){    //单例模式对象实例的获取，不能用new的方式，因为其构造函数私有化了，只能通过它提供的实例获取方法获取实例对象。    SingleObject object = SingleObject.getInstance();    //调用对象的其他方法    object.showMsg();  }}

• 输出结果

Hello World!

单例模式的集中实现方式

单例模式有多种实现模式

1. 懒汉式、线程不安全

   lazy loading、非线程安全、简单易实现；由于非线程安全，严格意义上不算单例模式。但是在不要求线程安全的情况下，简便易用。

public class Singleton {  private static Singleton instance;  private Singleton(){}  //对外提供对象单例  public static Singleton getInstance(){    if (instance == null){      instance = new Singleton();    }    return instance;  }}

以下都是线程安全的单例模式，效率不同

1. 懒汉式、线程安全

   线程安全形式的lazy loading，支持多线程，简单，但是效率低。

   • 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
   • 缺点：必须加synchronized锁才能保证单例，而影响效率。

public class Singleton {  private static Singleton instance;  private Singleton(){}  //同步锁方法，对外提供单例对象  public static synchronized Singleton getInstance(){    if (instance == null){      instance = new Singleton();    }    return instance;  }}

1. 饿汉式

   饿汉式简单常用，线程安全，但是易产生垃圾。

   • 优点：无加锁，效率高。
   • 缺点：静态初始化，浪费内存。

   饿汉式通过classloader机制来避免多线程同步问题。但并没有达到lazy loading的记载效果。

public class Singleton {  private static Singleton instance = new Singleton();  private Singleton(){}  //类似懒汉式，但是静态初始化对象实例了。  public static Singleton getInstance(){    ruturn instance;  }}

1. 双检锁/双重校验锁(DCL,即double-checked locking)

   采用双锁机制，多线程下高效执行，但是实现难度大。lazy loading、线程安全、复杂。且在JDK1.5后采用。

public class Singleton {  private volatile static Singleton singleton;  private Singleton(){}  //  public static Singleton getInstance(){    if (singleton == null){      //同步代码块      synchronized (Singleton.class){        //再次判断是否非空，避免多线程风险。        if (singleton == null){          singleton = new Singleton();        }      }    }    return singleton;  }}

1. 登记式/静态内部类

   lazy loading、线程安全、难度一般。该形式可以达到如上双检锁一样的功效，实现更方便。仅适用于静态域延迟初始化，而双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

   登记式同样利用了classloader机制，不同于饿汉式：1、饿汉式的instance随Singleton

   类初始化，没有lazy loading(lazy可避免浪费内存)；而登记式的instance不一定随Singleton初始化，因为Singleton Holder类没有被主动使用。所以登记式比饿汉式更合理。

public class Singleton {  private static class SingletonHolder {    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  }  private Singleton(){}  //登记式对外单例  public static final Singleton getInstance(){    return SingletonHolder.INSTANCE;  }}

1. 枚举

   不lazy loading、线程安全、简单。这是实现单例模式最佳的方式，但开发中使用者较少。简洁、自动序列化、绝对防止多次实例化。JDK1.5以后采用。

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

Note:一般不建议使用第1、2种懒汉方式，建议使用第3中饿汉式。只有明确实现lazy loading效果时才使用第5种登记式。涉及到反序列化对象时候，尝试第6种枚举式。若有特殊要求，可以考虑第4中双检锁方式。