Java基础一一设计模式：单例模式的运用

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于建立型模式，它提供了一种建立对象的最佳方式。java

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责建立本身的对象，同时确保只有单个对象被建立。这个类提供了一种访问其惟一的对象的方式，能够直接访问，不须要实例化该类的对象。web

注意：数据库

一、单例类只能有一个实例。设计模式
二、单例类必须本身建立本身的惟一实例。缓存
三、单例类必须给全部其余对象提供这一实例。安全

介绍

**意图：**保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。多线程

**主要解决：**一个全局使用的类频繁地建立与销毁。ide

**什么时候使用：**当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。函数

**如何解决：**判断系统是否已经有这个单例，若是有则返回，若是没有则建立。性能

**关键代码：**构造函数是私有的。

应用实例：

一、一个班级只有一个班主任。
二、Windows 是多进程多线程的，在操做一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操做一个文件的现象，因此全部文件的处理必须经过惟一的实例来进行。
三、一些设备管理器经常设计为单例模式，好比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。

优势：

一、在内存里只有一个实例，减小了内存的开销，尤为是频繁的建立和销毁实例（好比管理学院首页页面缓存）。
二、避免对资源的多重占用（好比写文件操做）。

**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。

使用场景：

一、要求生产惟一序列号。
二、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
三、建立的一个对象须要消耗的资源过多，好比 I/O 与数据库的链接等。

**注意事项：**getInstance() 方法中须要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入形成 instance 被屡次实例化。

实现

咱们将建立一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和自己的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo 类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

步骤 1

建立一个 Singleton 类。

SingleObject.java

public class SingleObject { 
//建立 SingleObject 的一个对象 
private static SingleObject instance = new SingleObject();
 //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 
private SingleObject(){}
 //获取惟一可用的对象 
public static SingleObject getInstance(){ 
return instance;
 }
 public void showMessage(){ 
System.out.println("Hello World!"); 
} }

步骤 2

从 singleton 类获取惟一的对象。

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo {
 public static void main(String[] args) { 
//不合法的构造函数 
//编译时错误：构造函数 
SingleObject() //是不可见的
SingleObject object = new SingleObject(); 
//获取惟一可用的对象 
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 //显示消息 
object.showMessage(); 
} }

步骤 3

执行程序，输出结果：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" 
lang="" cid="n58" 
mdtype="fences"
 style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">
Hello World!
</pre>

单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，以下所示：

一、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。由于没有加锁 synchronized，因此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做。

实例

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

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，可是在性能上有所差别。

二、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：**这种方式具有很好的 lazy loading，可以在多线程中很好的工做，可是，效率很低，99% 状况下不须要同步。优势：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）。

实例

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

三、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：**这种方式比较经常使用，但容易产生垃圾对象。优势：没有加锁，执行效率会提升。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，虽然致使类装载的缘由有不少种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，可是也不能肯定有其余的方式（或者其余的静态方法）致使类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

实例

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

四、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，安全且在多线程状况下能保持高性能。 getInstance() 的性能对应用程序很关键。

实例

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; 
} }

五、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：**通常

**描述：**这种方式能达到双检锁方式同样的功效，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状况，双检锁方式可在实例域须要延迟初始化时使用。这种方式一样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不一样的是：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 不必定被初始化。由于 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有经过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，若是实例化 instance 很消耗资源，因此想让它延迟加载，另一方面，又不但愿在 Singleton 类加载时就实例化，由于不能确保 Singleton 类还可能在其余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。

实例

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

六、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：**这种实现方式尚未被普遍采用，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，绝对防止屡次实例化。这种方式是 Effective Java 做者 Josh Bloch 提倡的方式，它不只能避免多线程同步问题，并且还自动支持序列化机制，防止反序列化从新建立新的对象，绝对防止屡次实例化。不过，因为 JDK1.5 以后才加入 enum 特性，用这种方式写难免让人感受生疏，在实际工做中，也不多用。不能经过 reflection attack 来调用私有构造方法。

实例

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

 } }