设计模式 单例模式的8种写法及分析

设计模式分类

  1. 创建型模式:单例模式抽象工厂模式原型模式建造者模式工厂模式

  2. 结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

  3. 行为型模式:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式(Interpreter 模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

单例模式

  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

1.饿汉式(静态常量)

  1. 构造器私有化(防止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()

//饿汉式(静态变量)
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public final static SingleObject instance = new SingleObject();
	//提供方法返回
	public static SingleObject getInstance() {
		return instance;
	}
}

分析

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。
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

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getInstance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

2.饿汉式(静态代码块)

//饿汉式(静态代码块)
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public static SingleObject instance = null;
	//静态代码块中构造对象
	static {
		instance = new SingleObject();
	}
	//提供方法返回
	public static SingleObject getInstance() {
		return instance;
	}
}

分析

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。

结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费

3.懒汉式(线程不安全)

//懒汉式(线程不安全)
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public static SingleObject instance = null;
	//提供方法返回
	public static SingleObject getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new SingleObject();
		}
		return instance;
	}
}

分析

起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。
如果在多线程下, 一个线程进入了if (singleton = null)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。所以在多线程环境下不可使用这种方式

结论:在实际开发中,不要使用这种方式

4.懒汉式(线程安全,同步方法)

//懒汉式(线程安全,同步方法)
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public static SingleObject instance = null;
	//同步方法返回对象
	public static synchronized SingleObject getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new SingleObject();
		}
		return instance;
	}
}

分析

解决了线程安全问题
效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行getInstance0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。

结论: 在实际开发中,不推荐使用这种方式

5.懒汉式(线程安全,同步代码块)

//懒汉式(线程安全,同步代码块)
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public static SingleObject instance = null;
	//返回对象
	public static synchronized SingleObject getInstance() {
		if(instance == null) {
			//同步代码块
			synchronized(SingleObject.class) {
				instance = new SingleObject();
			}
		}
		return instance;
	}
}

分析

虽然使用了同步代码块,但是导致线程不安全问题!

结论: 在实际开发中,不推荐使用这种方式

6.双重检查

//双重检查
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	// 创建内部对象实例
	public static volatile SingleObject instance = null;
	//返回对象
	public static synchronized SingleObject getInstance() {
		//进行双重检查解决线程安全问题
		if(instance == null) {
			synchronized(SingleObject.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new SingleObject();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

分析

Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (instance == null)检查,这样就可以保证线程安全了。这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if(instance == null),直接return实例化对象,也避免的反复进行方法同步。
线程安全、延迟加载、效率较高

结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式

7.静态内部类

//静态内部类
class SingleObject{
	//构造方法私有化
	private SingleObject() {}
	//静态内部类,创建单例对象
	private static class SingletionObject{
		private static final SingleObject INSTANCE = new SingleObject();
	}
	//返回对象
	public static synchronized SingleObject getInstance() {
		return SingletionObject.INSTANCE;
	}
}

分析

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。静态内部类方式在SingleObject类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonObject类,从而完成SingleObject的实例化。
类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,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。
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

结论:推荐使用

8.枚举

//枚举
enum SingleObject{
	INSTANCE; // 属性
	public void method() {
		// .....
	}
}

分析

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。
这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式

结论:强烈推荐使用

源码使用

java中 Runtime 对象使用单例对象的饿汉式(静态常量)

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关键字
  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(即重量级对象),但又经常用到的对象、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)
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