【设计模式 创建型】单例模式

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）

指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

特点：

某个类只能有一个实例（即构造器私有，防止外部通过new XXX()创建对象）

自行在类的内部创建对象实例

向外暴露一个静态的公共方法

八种单例模式实现方式：

• 饿汉式（静态常量）

• 饿汉式（静态代码块）

• 懒汉式（线程不安全）

• 懒汉式（线程安全，同步方法）

• 懒汉式（线程安全，同步代码块）

• 双重检查

• 静态内部类

• 枚举

饿汉式（静态常量）

public class Singleton {
    //创建实例对象
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    /**
     * 构造器私有化，防止外部类能直接new
     */
    private Singleton() {}

    /**
     * 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

类装载的时候就完成实例化，避免了线程同步问题，如果从始至终都没有用到这个实例，则会造成内存的浪费

饿汉式（静态代码块）

public class Singleton {
    //实例对象
    private static Singleton instance;

    /**
     * 在静态代码块中，创建单例对象
     */
    static {
        instance = new Singleton();
    }

    /**
     * 构造器私有化，防止外部类能直接new
     */
    private Singleton() {}

    /**
     * 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

同上

懒汉式（线程不安全）

当需要使用到对象的时候，才会创建对象即懒汉式

public class Singleton {
    //实例对象
    private static Singleton instance;

    /**
     * 构造器私有化，防止外部类能直接new
     */
    private Singleton() {}

    /**
     * 提供一个公有的静态方法，当使用到该方法时，才会创建instance
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() {
        //若对象为空，则创建
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

起到了懒加载的效果，但是只能在单线程下使用，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）

public class YamlUtils {
    private static YamlUtils instance; // 类实例变量
    private YamlUtils() {
        loadConfig(); // 加载配置信息
    }
   /**
     * 提供一个公有的静态方法，加入同步处理，解决线程安全问题
     * @return
     */
    public static synchronized YamlUtils getInstance() {
        if (instance == null) { // 若实例为空，则创建新实例
            instance = new YamlUtils();
        }
        return instance;
    }

    private void loadConfig() {
    }

}

效率低，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()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，后面的想获得该类的实例，直接 return 就行，方法进行同步效率太低

在实际开发中，不推荐使用

懒汉式（线程安全，同步代码块）

class Singleton {
    //实例对象
    private static Singleton instance;

    /**
     * 构造器私有化，防止外部类能直接new
     */
    private Singleton() {}

    /**
     * 提供一个公有的静态方法
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() {
        //若对象为空，则创建
        if (instance == null) {
            //同步代码块
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

因为上面实现方式的同步方法效率太低，改为同步产生实例化的代码块

同步并不能起到线程同步的作用，假如一个线程进入了判断语句，还没有执行对象实例化，另一个线程也通过了这个判断语句，这是便会产生多个实例

实际开发中，不能使用这种方式

双重检查 🤠

public class Singleton {
    //实例对象
    private static volatile Singleton instance;

    /**
     * 构造器私有化，防止外部类能直接new
     */
    private Singleton() {}

    /**
     * 提供一个公有的静态方法，加入双重检查处理，解决线程安全问题，
     * 同时解决懒加载问题，也保证了效率
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance() {
        //实例没创建，才会进入内部的 synchronized代码块
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                //此处再判断一次，可能会出现其他线程创建了实例
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

1、DoubleCheck 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，进行了两次 if (instance == null)检查，这样就保证了线程安全。
2、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，也避免反复进行方法同步。
3、线程安全，延迟加载，效率较高。
4、推荐使用这种单例设计模式。

静态内部类 🧐

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    /**
     * 静态内部类，类中有一个静态属性
     */
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE ;
    }
}

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 getInstance 方法时，才会装载 SingletonInstance 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，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。
4、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，推荐使用。

枚举实现单例模式

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    public Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

public class SingletonTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2);
        System.out.println("instance1=" + instance1.hashCode());
        System.out.println("instance2=" + instance2.hashCode());
    }
}

1、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

推荐使用

总结

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（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（如：数据源、session 工厂等）