创建型模式：单例模式（懒汉+饿汉+双锁校验+内部类+枚举）
單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式。
這種模式涉及到一個(gè)單一的類，該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對(duì)象，同時(shí)確保只有單個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建。這個(gè)類提供了一種訪問其唯一的對(duì)象的方式，可以直接訪問，不需要實(shí)例化該類的對(duì)象。
注意：
·????????1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例。
·????????2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
·????????3、單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。
介紹
意圖：保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。
主要解決：一個(gè)全局使用的類頻繁地創(chuàng)建與銷毀。
何時(shí)使用：當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目，節(jié)省系統(tǒng)資源的時(shí)候。
如何解決：判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)有這個(gè)單例，如果有則返回，如果沒有則創(chuàng)建。
關(guān)鍵代碼：構(gòu)造函數(shù)是私有的。
應(yīng)用實(shí)例：?1、一個(gè)黨只能有一個(gè)主席。 2、Windows 是多進(jìn)程多線程的，在操作一個(gè)文件的時(shí)候，就不可避免地出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程或線程同時(shí)操作一個(gè)文件的現(xiàn)象，所以所有文件的處理必須通過唯一的實(shí)例來進(jìn)行。 3、一些設(shè)備管理器常常設(shè)計(jì)為單例模式，比如一個(gè)電腦有兩臺(tái)打印機(jī)，在輸出的時(shí)候就要處理不能兩臺(tái)打印機(jī)打印同一個(gè)文件。
優(yōu)點(diǎn)：?1、在內(nèi)存里只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存的開銷，尤其是頻繁的創(chuàng)建和銷毀實(shí)例（比如管理學(xué)院首頁(yè)頁(yè)面緩存）。 2、避免對(duì)資源的多重占用（比如寫文件操作）。
缺點(diǎn)：沒有接口，不能繼承，與單一職責(zé)原則沖突，一個(gè)類應(yīng)該只關(guān)心內(nèi)部邏輯，而不關(guān)心外面怎么樣來實(shí)例化。
使用場(chǎng)景：?1、要求生產(chǎn)唯一序列號(hào)。 2、WEB 中的計(jì)數(shù)器，不用每次刷新都在數(shù)據(jù)庫(kù)里加一次，用單例先緩存起來。 3、創(chuàng)建的一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過多，比如 I/O 與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接等。
注意事項(xiàng)：getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時(shí)進(jìn)入造成 instance 被多次實(shí)例化。
實(shí)現(xiàn)
我們將創(chuàng)建一個(gè)?SingleObject?類。SingleObject?類有它的私有構(gòu)造函數(shù)和本身的一個(gè)靜態(tài)實(shí)例。
SingleObject?類提供了一個(gè)靜態(tài)方法，供外界獲取它的靜態(tài)實(shí)例。SingletonPatternDemo，我們的演示類使用?SingleObject?類來獲取?SingleObject?對(duì)象。
?
·?+ ：表示public
·?- ：表示private
·?#：表示protected（friendly也歸入這類）
?
步驟 1
創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類。
SingleObject.java
publicclassSingleObject{
?
?? //創(chuàng)建SingleObject 的一個(gè)對(duì)象
?? privatestaticSingleObject instance =newSingleObject();
?
?? //讓構(gòu)造函數(shù)為 private，這樣該類就不會(huì)被實(shí)例化
?? privateSingleObject(){}
?
?? //獲取唯一可用的對(duì)象
?? public static SingleObject getInstance(){
????? return instance;
?? }
?
?? publicvoid showMessage(){
????? System.out.println("HelloWorld!");
?? }
}
步驟 2
從 singleton 類獲取唯一的對(duì)象。
SingletonPatternDemo.java
publicclassSingletonPatternDemo{
?? publicstaticvoid main(String[] args){
????? //不合法的構(gòu)造函數(shù)
????? //編譯時(shí)錯(cuò)誤：構(gòu)造函數(shù)SingleObject() 是不可見的
????? //SingleObject object = new SingleObject();
?
????? //獲取唯一可用的對(duì)象
????? SingleObjectobject=SingleObject.getInstance();
?
????? //顯示消息
????? object.showMessage();
?? }
}
步驟 3
驗(yàn)證輸出。
HelloWorld!
Java中單例(Singleton)模式是一種廣泛使用的設(shè)計(jì)模式。單例模式的主要作用是保證在Java程序中，某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例存在。一些管理器和控制器常被設(shè)計(jì)成單例模式。
? ?? ?單例模式有很多好處，
它能夠避免實(shí)例對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，不僅可以減少每次創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)間開銷，還可以節(jié)約內(nèi)存空間；
能夠避免由于操作多個(gè)實(shí)例導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤。
如果一個(gè)對(duì)象有可能貫穿整個(gè)應(yīng)用程序，而且起到了全局統(tǒng)一管理控制的作用，那么單例模式也許是一個(gè)值得考慮的選擇。
單例模式有很多種寫法，大部分寫法都或多或少有一些不足。下面將分別對(duì)這幾種寫法進(jìn)行介紹。
1、餓漢模式
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[java]?view plain?copy
1.? public?class?Singleton{??
2.? ????private?static?Singleton?instance?=?new?Singleton();??
3.? ????private?Singleton(){}??
4.? ????public?static?Singleton?getInstance(){??
5.? ????????return?instance;??
6.? ????}??
7.? }??
是否 Lazy 初始化：否
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式比較常用，但容易產(chǎn)生垃圾對(duì)象。（類加載的時(shí)候就創(chuàng)建了對(duì)象，后面可能這個(gè)對(duì)象沒有被使用，那么就浪費(fèi)了內(nèi)存空間資源）
優(yōu)點(diǎn)：沒有加鎖，執(zhí)行效率會(huì)提高。
缺點(diǎn)：類加載時(shí)就初始化，浪費(fèi)內(nèi)存。
它基于 classloder 機(jī)制避免了多線程的同步問題（類加載是天然的線程安全的），不過，instance 在類裝載時(shí)就實(shí)例化，雖然導(dǎo)致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用getInstance方法，但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態(tài)方法）導(dǎo)致類裝載，這時(shí)候初始化 instance 顯然沒有達(dá)到 lazy loading 的效果。
?
? ? ??從代碼中我們看到，類的構(gòu)造函數(shù)定義為private的，保證其他類不能實(shí)例化此類，然后提供了一個(gè)靜態(tài)實(shí)例并返回給調(diào)用者。餓漢模式是最簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn)方式，餓漢模式在類加載的時(shí)候就對(duì)實(shí)例進(jìn)行創(chuàng)建，實(shí)例在整個(gè)程序周期都存在。它的好處是只在類加載的時(shí)候創(chuàng)建一次實(shí)例，不會(huì)存在多個(gè)線程創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例的情況，避免了多線程同步的問題。
它的缺點(diǎn)也很明顯，即使這個(gè)單例沒有用到也會(huì)被創(chuàng)建，而且在類加載之后就被創(chuàng)建，內(nèi)存就被浪費(fèi)了。
? ?? ?這種實(shí)現(xiàn)方式適合單例占用內(nèi)存比較小，在初始化時(shí)就會(huì)被用到的情況。但是，如果單例占用的內(nèi)存比較大，或單例只是在某個(gè)特定場(chǎng)景下才會(huì)用到，使用餓漢模式就不合適了，這時(shí)候就需要用到懶漢模式進(jìn)行延遲加載。
2、懶漢模式
[java]?view plain?copy
1.? public?class?Singleton{??
2.? ????private?static?Singleton?instance?=?null;??
3.? ????private?Singleton(){}??
4.? ????public?static?Singleton?getInstance(){??
5.? ????????if(null?==?instance){??
6.? ????????????instance?=?new?Singleton();??
7.? ????????}??
8.? ????????return?instance;??
9.? ????}??
10. }??
是否Lazy 初始化：是
是否多線程安全：否（需要使用synchronized同步）
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式是最基本的實(shí)現(xiàn)方式，這種實(shí)現(xiàn)最大的問題就是不支持多線程。因?yàn)闆]有加鎖 synchronized，所以嚴(yán)格意義上它并不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全，在多線程不能正常工作。
?
?懶漢模式中單例是在需要的時(shí)候才去創(chuàng)建的，如果單例已經(jīng)創(chuàng)建，再次調(diào)用獲取接口將不會(huì)重新創(chuàng)建新的對(duì)象，而是直接返回之前創(chuàng)建的對(duì)象。如果某個(gè)單例使用的次數(shù)少，并且創(chuàng)建單例消耗的資源較多，那么就需要實(shí)現(xiàn)單例的按需創(chuàng)建，這個(gè)時(shí)候使用懶漢模式就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是這里的懶漢模式并沒有考慮線程安全問題，在多個(gè)線程可能會(huì)并發(fā)調(diào)用它的getInstance()方法，導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，因此需要加鎖解決線程同步問題，實(shí)現(xiàn)如下。
[java]?view plain?copy
1.? public?class?Singleton{??
2.? ????private?static?Singleton?instance?=?null;??
3.? ????private?Singleton(){}??
4.? ????public?static?synchronized?Singleton?getInstance(){??
5.? ????????if(null?==?instance){??
6.? ????????????instance?=?new?Singleton();??
7.? ????????}??
8.? ????????return?instance;??
9.? ????}??
10. }??
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多線程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。
優(yōu)點(diǎn)：第一次調(diào)用才初始化，避免內(nèi)存浪費(fèi)。
缺點(diǎn)：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會(huì)影響效率。
getInstance () 的性能對(duì)應(yīng)用程序不是很關(guān)鍵（該方法使用不太頻繁）。
?
3、雙重校驗(yàn)鎖
? ?? ?加鎖的懶漢模式看起來即解決了線程并發(fā)問題，又實(shí)現(xiàn)了延遲加載，然而它存在著性能問題，依然不夠完美。synchronized修飾的同步方法比一般方法要慢很多，如果多次調(diào)用getInstance()，累積的性能損耗就比較大了。因此就有了雙重校驗(yàn)鎖，先看下它的實(shí)現(xiàn)代碼。
[java]?view plain?copy
1.? public?class?Singleton?{??
2.? ????private?static?Singleton?instance?=?null;??
3.? ????private?Singleton(){}??
4.? ????public?static?Singleton?getInstance()?{??
5.? ????????if?(instance?==?null)?{??
6.? ????????????synchronized?(Singleton.class)?{? //只有第一次時(shí)才進(jìn)入同步代碼塊創(chuàng)建實(shí)例
7.? ????????????????if?(instance?==?null)?{//2??
8.? ????????????????????instance?=?new?Singleton();??
9.? ????????????????}??
10. ????????????}??
11. ????????}??
12. ????????return?instance;??
13. ????}??
14. }??
? ? ??可以看到上面在同步代碼塊外多了一層instance為空的判斷。由于單例對(duì)象只需要?jiǎng)?chuàng)建一次，如果后面再次調(diào)用getInstance()只需要直接返回單例對(duì)象。因此，大部分情況下，調(diào)用getInstance()都不會(huì)執(zhí)行到同步代碼塊，從而提高了程序性能。不過還需要考慮一種情況，假如兩個(gè)線程A、B，A執(zhí)行了if (instance == null)語(yǔ)句，它會(huì)認(rèn)為單例對(duì)象沒有創(chuàng)建，此時(shí)A被掛起。CPU切到線程B也執(zhí)行了同樣的語(yǔ)句，B也認(rèn)為單例對(duì)象沒有創(chuàng)建，然后兩個(gè)線程依次執(zhí)行同步代碼塊，并分別創(chuàng)建了一個(gè)單例對(duì)象。為了解決這個(gè)問題，還需要在同步代碼塊中增加if(instance == null)語(yǔ)句，也就是上面看到的代碼2。
? ?? ?我們看到雙重校驗(yàn)鎖即實(shí)現(xiàn)了延遲加載，又解決了線程并發(fā)問題，同時(shí)還解決了執(zhí)行效率問題，是否真的就萬(wàn)無(wú)一失了呢？
? ?? ?這里要提到Java中的指令重排優(yōu)化（就是前面博客在講volitile關(guān)鍵字提及到的有序性）。所謂指令重排優(yōu)化是指在不改變?cè)Z(yǔ)義的情況下，通過調(diào)整指令的執(zhí)行順序讓程序運(yùn)行的更快。JVM中并沒有規(guī)定編譯器優(yōu)化相關(guān)的內(nèi)容，也就是說JVM可以自由的進(jìn)行指令重排序的優(yōu)化。
? ?? ?這個(gè)問題的關(guān)鍵就在于由于指令重排優(yōu)化的存在，導(dǎo)致初始化Singleton和將對(duì)象地址賦給instance字段的順序是不確定的（即上面的第2，8行順序不確定）。
? ?? ?以上就是雙重校驗(yàn)鎖會(huì)失效的原因，不過還好在JDK1.5及之后版本增加了volatile關(guān)鍵字。volatile的一個(gè)語(yǔ)義是禁止指令重排序優(yōu)化，也就保證了instance變量被賦值的時(shí)候?qū)ο笠呀?jīng)是初始化過的，從而避免了上面說到的問題。代碼如下：
[java]?view plain?copy
1.? public?class?Singleton?{??
2.? ????private?static?volatile?Singleton?instance?=?null;??
3.? ????private?Singleton(){}??
4.? ????public?static?Singleton?getInstance()?{??
5.? ????????if?(instance?==?null)?{??
6.? ????????????synchronized?(Singleton.class)?{??
7.? ????????????????if?(instance?==?null)?{??
8.? ????????????????????instance?=?new?Singleton();??
9.? ????????????????}??
10. ????????????}??
11. ????????}??
12. ????????return?instance;??
13. ????}??
14. }??
?
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：較復(fù)雜
描述：這種方式采用雙鎖機(jī)制，安全且在多線程情況下能保持高性能。
getInstance() 的性能對(duì)應(yīng)用程序很關(guān)鍵。
?
/靜態(tài)內(nèi)部類
是否Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：一般
描述：這種方式能達(dá)到雙檢鎖方式一樣的功效，但實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單。對(duì)靜態(tài)域使用延遲初始化，應(yīng)使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用于靜態(tài)域的情況，雙檢鎖方式可在實(shí)例域需要延遲初始化時(shí)使用。
這種方式同樣利用了 classloder 機(jī)制來保證初始化 instance 時(shí)只有一個(gè)線程，?Singleton 類被裝載了，instance 不一定被初始化。因?yàn)?SingletonHolder 類沒有被主動(dòng)使用，只有通過顯式調(diào)用 getInstance 方法時(shí)，才會(huì)顯式裝載SingletonHolder 類，從而實(shí)例化 instance。想象一下，如果實(shí)例化 instance 很消耗資源，所以想讓它延遲加載，另外一方面，又不希望在 Singleton 類加載時(shí)就實(shí)例化，因?yàn)椴荒艽_保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動(dòng)使用從而被加載，那么這個(gè)時(shí)候?qū)嵗?instance 顯然是不合適的。這個(gè)時(shí)候，這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理。
代碼實(shí)例：
public class Singleton {? ????private static class SingletonHolder {? //靜態(tài)內(nèi)部類 ????private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();? ????}? ????private Singleton (){}? ????public static Singleton getInstance() {? ????return SingletonHolder.INSTANCE;? ????}? }???
5、枚舉（面試還是寫3 4種最好了，這種面試可以提一下）
? ?? ?再來看本文要介紹的最后一種實(shí)現(xiàn)方式：枚舉。
[java]?view plain?copy
1.? public?enum?Singleton{??
2.? ????instance;??
3.? ????public?void?whateverMethod(){}??????
4.? }??
? ?? ?上面提到的四種實(shí)現(xiàn)單例的方式都有共同的缺點(diǎn)：
1）需要額外的工作來實(shí)現(xiàn)序列化，否則每次反序列化一個(gè)序列化的對(duì)象時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例。
2）可以使用反射強(qiáng)行調(diào)用私有構(gòu)造器（如果要避免這種情況，可以修改構(gòu)造器，讓它在創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)例的時(shí)候拋異常）。
? ?? ?而枚舉類很好的解決了這兩個(gè)問題，使用枚舉除了線程安全和防止反射調(diào)用構(gòu)造器之外，還提供了自動(dòng)序列化機(jī)制，防止反序列化的時(shí)候創(chuàng)建新的對(duì)象。因此，《Effective Java》作者推薦使用的方法。不過，在實(shí)際工作中，很少看見有人這么寫。
單例模式的五種實(shí)現(xiàn)方式總結(jié)：
?
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的创建型模式：单例模式（懒汉+饿汉+双锁校验+内部类+枚举）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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