单例模式

概念

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）

比如 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，
这是就会使用到单例模式
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八种方式

• 1）饿汉式（静态常量）
• 2）饿汉式（静态代码块）
• 3）懒汉式（线程不安全）
• 4）懒汉式（线程安全，同步方法）
• 5）懒汉式（线程安全，同步代码块）
• 6）双重检查
• 7）静态内部类
• 8）枚举

饿汉式（静态常量）

1. 构造器私有化（防止外部 new）
2. 类的内部创建对象
3. 向外暴露一个静态的公共方法 getInstance

public class Singleton {

    //1.私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    //2.类的内部创建对象
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    //3.向外暴露一个静态公共方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}
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优缺点：

• 1）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
• 2）缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 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
• 3）这种方式基于 classloder 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getlnstance 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 Lazy loading 的效果
• 4）结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

1. 构造器私有化
2. 类的内部声明对象
3. 在静态代码块中创建对象
4. 向外暴露一个静态的公共方法

public class Singleton2 {
    
    //1.构造器私有化
    private Singleton2(){};
    
    //2.类的内部声明对象
    private static Singleton2 instance;
    
    //3.静态代码块中创建对象
    static {
        instance = new Singleton2();
    }
    
    //4.向外暴露一个静态公共方法
    public static Singleton2 getInstance(){
        return instance;
    }
    
}
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优缺点：

• 1）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。
• 2）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

1. 构造器私有化
2. 类的内部创建对象
3. 向外暴露一个静态的公共方法，当使用到该方法时，才去创建 instance

public class Singleton {
    //1.构造器私有化
    private Singleton() {

    }

    //2.类的内部创建对象
    private static Singleton instance;

    //3.向外暴露一个静态的公共方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
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优缺点：

1. 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用
2. 如果在多线程下，一个线程进入了判断语句块，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
3. 结论：在实际开发中，不要使用这种方式

懒汉式（线程安全，同步方法）

1. 构造器私有化
2. 类的内部创建对象
3. 向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题

public class Singleton {

    //1.构造私有
    private Singleton() {

    }

    //2.类的内部创建对象
    private static Singleton instance;

    //3.向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
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优缺点：

1. 解决了线程不安全问题
2. 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getlnstance()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
3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式（线程不安全，同步代码块）

1. 构造器私有化
2. 类的内部创建对象
3. 向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码块

public class Singleton {
    // 1、构造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、类的内部声明对象
    private static Singleton instance;

    // 3、向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
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优缺点：

1. 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块
2. 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了判断语句块，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
3. 结论：在实际开发中，不能使用这种方式
   

双重检查

1. 构造器私有化
2. 类的内部创建对象，同时用volatile关键字修饰修饰
3. 向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码块，并进行双重判断，解决线程安全问题

/**
 * 双重检查
 */
public class Singleton {

    // 1、构造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、类的内部声明对象，同时用`volatile`关键字修饰修饰
    private static volatile Singleton instance;

    // 3、向外暴露一个静态的公共方法，加入同步处理的代码块，并进行双重判断，解决线程安全问题
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
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优缺点：

1. Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，我们进行了两次检查，这样就可以保证线程安全了
2. 这样实例化代码只用执行一次，后面再次访问时直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步
3. 线程安全；延迟加载；效率较高
4. 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

1. 构造器私有化
2. 定义一个静态内部类，内部定义当前类的静态属性
3. 向外暴露一个静态的公共方法

/**
 * 静态内部类
 * static保证了变量的初始值，final保证了不被JIT编译器重排序。
 * 对于一个单例模式来说，它所在的类在被引用的时候，static会保证它被初始化完毕，
 * 且是所有线程所见的初始化，final保证了实例初始化过程的顺寻性。两者结合保证了这个实例创建的唯一性
 */
public class Singleton {
    // 1、构造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、定义一个静态内部类，内部定义当前类的静态属性
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    // 3、向外暴露一个静态的公共方法
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.instance;
    }
}
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优缺点:

1. 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
2. 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getlnstance方法，才会装载Singletonlnstance 类，从而完成 Singleton 的实例化
3. 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，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
4. 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
5. 结论：推荐使用

枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello World");
    }
}
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优缺点:

1. 这借助 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
2. 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
3. 结论：推荐使用

JDK 源码分析

JDK中 java.lang.Runtime 就是经典的单例模式

注意事项和细节说明

1. 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
2. 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new
3. 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多但又经常用到的对象（即：重量级对象）、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源、session 工厂等）

小结