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单例模式 (Singleton)

2022-07-30 17:59:00 【Java咩】

单例模式 (Singleton)

在有些系统中，为了节省内存资源、保证数据内容的一致性，对某些类要求只能创建一个实例，这就是所谓的单例模式。

一、应用场景

只需要一个实例
- 比如各种Mgr
- 比如各种Factory

二、分类与实现

1. 饿汉模式

类加载到内存后，就实例化一个单例，JVM保证线程安全

优点：

简单实用，推荐使用！

唯一缺点：

不管用到与否，类装载时就完成实例化。Class.forName(“”) （话说你不用的，你装载它干啥）

代码实现：

实现方式一：


public class Mgr01 {
    

	// 类加载时对象被实例化
    private static final Mgr01 INSTANCE = new Mgr01();  

	// 构造方法私有，保证不会被多次实例化
    private Mgr01() {
    };

	// 返回实例化对象
    public static Mgr01 getInstance() {
      
        return INSTANCE;  
    }

    public void m() {
    
        System.out.println("m");  
    }

	// for test 
    public static void main(String[] args) {
      
        Mgr01 m1 = Mgr01.getInstance();
        Mgr01 m2 = Mgr01.getInstance();
        System.out.println(m1 == m2); // true 证明对象只会被实例化一次
    }  
}

实现方式二：


public class Mgr02 {
    

    private static final Mgr02 INSTANCE;

	// 通过静态代码块让对象实例化
    static {
    
        INSTANCE = new Mgr02();
    }
    
    private Mgr02() {
    };
    
    public static Mgr02 getInstance() {
    
        return INSTANCE;  
    }
    
    public void m() {
    
        System.out.println("m");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    
        Mgr02 m1 = Mgr02.getInstance();
        Mgr02 m2 = Mgr02.getInstance();
        System.out.println(m1 == m2); // true 证明对象只会被实例化一次
    }  
}

2. 懒汉模式 (lazy loading)

为了解决 饿汉模式 中，不管用到与否，类装载时就完成实例化的问题，提出了懒汉模式。

即，只有类在被用到时，才会被实例化。

优点：

达到了按需初始化的目的

缺点：

可能会带来线程不安全的问题

实现方式一：（线程不安全）

类在被用到时，才会被实例化，即，如果该对象没有被实例化，才会去实例化该对象性。
但是会造成线程不安全的新问题。


public class Mgr03 {
    

    private static Mgr03 INSTANCE;
  
    private Mgr03() {
    
    }
    
    public static Mgr03 getInstance() {
    
        if (INSTANCE == null) {
    
            try {
    
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
                e.printStackTrace();
            }
            INSTANCE = new Mgr03();
        }
        return INSTANCE;
    }
  
    public void m() {
      
        System.out.println("m");
    }  
  
    public static void main(String[] args) {
    
        for(int i=0; i<100; i++) {
    
            new Thread(()->
                System.out.println(Mgr03.getInstance().hashCode())
                ).start();
        }
    }  
}

输出结果：

实现方式二：（线程安全，但是效率低下）

为了解决线程不安全的问题，我们想到了可以通过 synchronized 解决。
但是，同样也带来了效率低下的新问题。


public class Mgr04 {
    
	
    private static Mgr04 INSTANCE;  
	
    private Mgr04() {
      
    }
	
	// 加 synchronized 保证线程安全
    public static synchronized Mgr04 getInstance() {
    
	    // 如果该类位被实例化，则进行实例化
        if (INSTANCE == null) {
    
            try {
    
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
                e.printStackTrace();
            }
            INSTANCE = new Mgr04();
        }
        return INSTANCE;
    }
	
    public void m() {
    
        System.out.println("m");
    }
	
    public static void main(String[] args) {
    
        for(int i=0; i<100; i++) {
    
            new Thread(()->{
    
                System.out.println(Mgr04.getInstance().hashCode());
			}).start();
        }
    }
}

实现方式三：（效率提升，线程不安全）

为了解决增加 synchronized 后效率低下的问题，可以尝试减小 synchronized 的作用范围。
但是发现不可行，有带来了线程不安全的问题。


public class Mgr05 {
    
	
    private static Mgr05 INSTANCE;  
	
    private Mgr05() {
      
    }  
    public static Mgr05 getInstance() {
      
        if (INSTANCE == null) {
      
            //妄图通过减小同步代码块的方式提高效率，然后不可行 
            synchronized (Mgr05.class) {
      
                try {
      
                    Thread.sleep(1);  
                } catch (InterruptedException e) {
      
                    e.printStackTrace();  
                }  
                INSTANCE = new Mgr05();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
	
    public void m() {
    
        System.out.println("m");
    }  
	
    public static void main(String[] args) {
    
        for(int i=0; i<100; i++) {
    
            new Thread(()->{
    
                System.out.println(Mgr05.getInstance().hashCode());
                }).start();  
        }  
    }  
}

运行结果：

实现方式四：（效率提升，线程安全）

为了解决上述问题，可与采用双重判断来实现懒汉模式


public class Mgr06 {
    

    private static volatile Mgr06 INSTANCE; //JIT 
  
    private Mgr06() {
      
    }  
    public static Mgr06 getInstance() {
      
        if (INSTANCE == null) {
    
            synchronized (Mgr06.class) {
    
	            //双重检查
                if(INSTANCE == null) {
      
                    try {
      
                        Thread.sleep(1);  
                    } catch (InterruptedException e) {
      
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                    INSTANCE = new Mgr06();  
                }  
            }  
        }  
        return INSTANCE;  
    }  
  
    public void m() {
      
        System.out.println("m");  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {
      
        for(int i=0; i<100; i++) {
      
            new Thread(()->{
      
                System.out.println(Mgr06.getInstance().hashCode());
			}).start();  
        }  
    }  
}

实现方式五：（通过静态内部类方式来实现懒汉模式）

JVM保证单例，加载外部类时不会加载内部类，这样可以实现懒加载


public class Mgr07 {
      

	// 将默认构造方法私有化
    private Mgr07() {
      
    }  

	// 声明一个静态内部类 持有单例类 Mgr7
    private static class Mgr07Holder {
      
        private final static Mgr07 INSTANCE = new Mgr07();  
    }  
  
    public static Mgr07 getInstance() {
      
        return Mgr07Holder.INSTANCE;  
    }  
  
    public void m() {
      
        System.out.println("m");  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {
      
        for(int i=0; i<100; i++) {
      
            new Thread(()->{
      
                System.out.println(Mgr07.getInstance().hashCode());
			}).start();  
        }  
    }  
}

3. 通过枚举类来实现单例模式

不仅可以解决线程同步，还可以防止反序列化。


public enum Mgr08 {
      
  
    INSTANCE;  
  
    public static Mgr08 getInstance() {
      
        return INSTANCE;  
    }  
  
    public void m() {
      
        System.out.println("m");  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {
      
        for(int i=0; i<100; i++) {
      
            new Thread(()->{
      
                System.out.println(Mgr08.getInstance().hashCode());
			}).start();  
        }  
    }  
  
}