设计模式之单例模式(懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例)

时间 2019-11-12

标签设计模式懒汉饿汉登记繁體版

原文原文链接

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。html

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。android

注意：数据库

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

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。设计模式

主要解决：一个全局使用的类频繁地建立与销毁。缓存

什么时候使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。安全

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。多线程

关键代码：构造函数是私有的。并发

应用实例：函数

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：性能

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。

单例模式的写法有好几种，这里主要介绍三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例

1、懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化本身   
public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    private static Singleton single=null;  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton getInstance() {  
         if (single == null) {    
             single = new Singleton();  
         }    
        return single;  
    }  
}

Singleton经过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内， Singleton的惟一实例只能经过getInstance()方法访问。

（事实上，经过Java反射机制是可以实例化构造方法为private的类的，那基本上会使全部的Java单例实现失效。此问题在此处不作讨论，姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。）

可是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下极可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有如下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，若是你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，能够先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：

一、在getInstance方法上加同步

public static synchronized Singleton getInstance() {  
    if (single == null) {    
        single = new Singleton();  
    }    
    return single;  
}

二、双重检查锁定

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

三、静态内部类

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

这种比上面一、2都好一些，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。

2、饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化   
public class Singleton1 {  
    private Singleton1() {}  
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton1 getInstance() {  
        return single;  
    }  
}

饿汉式在类建立的同时就已经建立好一个静态的对象供系统使用，之后再也不改变，因此天生是线程安全的。

3、登记式单例(可忽略)

//相似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。  
public class Singleton3 {  
    private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();  
    static{  
        Singleton3 single = new Singleton3();  
        map.put(single.getClass().getName(), single);  
    }  
    //保护的默认构造子  
    protected Singleton3(){}  
    //静态工厂方法,返还此类唯一的实例  
    public static Singleton3 getInstance(String name) {  
        if(name == null) {  
            name = Singleton3.class.getName();  
            System.out.println("name == null"+"--->name="+name);  
        }  
        if(map.get(name) == null) {  
            try {  
                map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());  
            } catch (InstantiationException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (IllegalAccessException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
        return map.get(name);  
    }  
    //一个示意性的商业方法  
    public String about() {      
        return "Hello, I am RegSingleton.";      
    }      
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);  
        System.out.println(single3.about());  
    }  
}

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，而后返回。

这里我对登记式单例标记了可忽略，个人理解来讲，首先它用的比较少，另外其实内部实现仍是用的饿汉式单例，由于其中的static方法块，它的单例在类被装载的时候就被实例化了。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来讲，饿汉和懒汉，

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，

而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

另外从如下两点再区分如下这两种方式：

一、线程安全：

饿汉式天生就是线程安全的，能够直接用于多线程而不会出现问题，

懒汉式自己是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的一、二、3，这三种实如今资源加载和性能方面有些区别。

二、资源加载和性能：

饿汉式在类建立的同时就实例化一个静态对象出来，无论以后会不会使用这个单例，都会占据必定的内存，可是相应的，在第一次调用时速度也会更快，由于其资源已经初始化完成，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要作初始化，若是要作的工做比较多，性能上会有些延迟，以后就和饿汉式同样了。

至于一、二、3这三种实现又有些区别，

第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，可是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的状况下是不须要同步的，

第2种，在getInstance中作了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会作同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，因此也是线程安全的，同时没有性能损耗，因此通常我倾向于使用这一种。

什么是线程安全？

若是你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。若是每次运行结果和单线程运行的结果是同样的，并且其余的变量的值也和预期的是同样的，就是线程安全的。

或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来讲是原子操做，或者多个线程之间的切换不会致使该接口的执行结果存在二义性,也就是说咱们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。

应用

如下是一个单例类使用的例子，以懒汉式为例，这里为了保证线程安全，使用了双重检查锁定的方式：

public class TestSingleton {  
    String name = null;  
  
        private TestSingleton() {  
    }  
  
    private static volatile TestSingleton instance = null;  
  
    public static TestSingleton getInstance() {  
           if (instance == null) {    
             synchronized (TestSingleton.class) {    
                if (instance == null) {    
                   instance = new TestSingleton();   
                }    
             }    
           }   
           return instance;  
    }  
  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
  
    public void printInfo() {  
        System.out.println("the name is " + name);  
    }  
  
}

能够看到里面加了volatile关键字来声明单例对象，既然synchronized已经起到了多线程下原子性、有序性、可见性的做用，为何还要加volatile呢？

public class TMain {  
    public static void main(String[] args){  
        TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();  
        ts1.setName("jason");  
        TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();  
        ts2.setName("0539");  
          
        ts1.printInfo();  
        ts2.printInfo();  
          
        if(ts1 == ts2){  
            System.out.println("建立的是同一个实例");  
        }else{  
            System.out.println("建立的不是同一个实例");  
        }  
    }  
}

运行结果：

the name is 0539
the name is 0539
建立的是同一个实例

结论：由结果能够得知单例模式为一个面向对象的应用程序提供了对象唯一的访问点，无论它实现何种功能，整个应用程序都会同享一个实例对象。

对于单例模式的几种实现方式，知道饿汉式和懒汉式的区别，线程安全，资源加载的时机，还有懒汉式为了实现线程安全的3种方式的细微差异。

优势：

（1）因为单例模式在内存中只有一个实例，减小了内存开支，特别是一个对象须要频繁地建立、销毁时，并且建立或销毁时性能又没法优化，单例模式的优点就很是明显。
（2）因为单例模式只生成一个实例，因此减小了系统的性能开销，当一个对象的产生须要比较多的资源时，好比读取配置、产生其余依赖对象时，则能够经过在应用启动时直接产生一个单例对象，而后用永久驻留内存的方式来解决。
（3）单例模式能够避免对资源的多重占用，例如一个写文件操做，因为只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操做。
（4）单例模式能够在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如，能够设计一个单例类，负责全部数据表的映射处理。

缺点：

（1）单例模式通常没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径能够实现。
（2）单例对象若是持有Context，那么很容易引起内存泄露，此时须要注意传给单例对象的Context最好是Application Context。

ending...

参考博文：

https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

https://www.cnblogs.com/crazy-wang-android/p/9054771.html