【Java】【设计模式】单例模式

单例模式

• 通过单例模式的方法创建的类在当前进程中只有一个实例对象。
• 优点：避免频繁创建销毁对象，减轻GC压力。控制全局实例个数：只有一个账号登录。
• 构造单例模式方式：饿汉式、懒汉式、静态内部类、枚举。

单例模式特点

• 私有静态变量：作为类的唯一实例。static 成员在没有创建对象时初始化。静态存储区保存引用指向堆中的唯一对象。
• 私有构造方法：外部类无法通过构造方法创建对象：每次创建对象都需要构造方法，private 限定权限为当前类。
• 公有静态方法：公开获取实例的唯一方法。通过 类.方法 调用。静态方法访问静态实例对象。
• 没有公开的set方法，外部类无法调用set方法创建该实例。

饿汉式、懒汉式

• 创建对象实例的时机不同：饿汉式在类加载时创建对象，懒汉式第一次调用时创建对象。

饿汉式

• 提前把对象new出来，获取类对象的时候已经存在。
• 线程安全，在线程访问单例对象之前就已经创建好了。
• 如果长时间不使用对象，造成资源浪费。

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

懒汉式

• 第一次调用getInstance()时创建对象。
• 推荐写法：双重校验锁，线程安全。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

• 懒汉式详细分解过程：

1、无锁写法，非线程安全

• if()条件下可能会创建两个对象。

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

2、方法加锁，效率太低

• synchronized 对获取对象的静态方法加锁，每次获取实例时先锁起来，再进行判断。缺点：处理速度慢。

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

3、双检，对类加锁，指令重排会出错

• synchronized 对类加锁，调用方法不加锁，创建对象时加锁，防止多线程创建多实例。
• instance = new Singleton() 分为开辟空间，初始化，赋值引用三个指令，初始化和赋值指令可能会重排。
• 指令重排会导致先分配空间赋值再初始化实例，多线程会调用到未初始化的实例。
• 正常指令顺序：new在堆开辟空间，调用构造方法初始化对象，返回空间地址赋值。

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

4、双重校验锁，防止指令重排

• 对实例添加 volatile，防指指令重排，对象读写到主存，保证线程可见。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;
	
    private Singleton(){}

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

静态内部类

• 静态内部类形式的单例可保证线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。
• 外部类加载时，静态内部类不会立即加载，不占内存。
• 外部类调用 getInstance() 方法时加载内部类，延迟实例化。
• 静态内部类利用JVM类的加载机制保证初始化实例对象时线程互斥，线程安全。
• JVM 保证一个类的()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步：多个线程同时去初始化一个类，只会有一个线程去执行这个类的()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行()方法完毕。

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

枚举

public enum Singleton {
	// 定义一个枚举的元素代表实例
	Instance;
}

全静态类

• 静态类指 static class 修饰的类，静态类一定是静态内部类。
• 好处：只能通过外部类访问。可以访问外部类的静态属性。
• 把类中所有属性定义为静态也可以实现单例。
• 静态类无需实例化即可使用，效率更高，在编译期就完成了静态绑定。
• 失去面向对象优点：静态方法不能被覆写。但可以继承非 final 的单例类覆写其方法。
• 静态类适用于简单固定、扩展少的场景。
• 单例类最主要的优点：单例模式面向对象的特性更强，可以通过继承来实现多态，通过实现接口提供同一接口的不同实现。

---

参考

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNDA2OTM1Ng==&mid=2453150113&idx=1&sn=848b13f729996e6c94478653818df528&scene=21#wechat_redirect

https://blog.csdn.net/jike11231/article/details/106229415

https://blog.csdn.net/mnb65482/article/details/80458571

https://zhuanlan.zhihu.com/p/158928210