单例模式详解

目录

一、什么是单例模式

二、单例模式的结构

三、单例模式分类

四、单例模式优缺点

五、创建单例模式

饿汉式

1. 静态成员变量方式

2.静态代码块方式

懒汉式

1.线程不安全

2.线程安全（优化）

3.双重检查锁模式

4. 静态内部类方式

5.枚举方式

---

一、什么是单例模式

        单例模式是Java中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建者模式，它提供了一种访问对象的最佳方式。

        这种设计模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

二、单例模式的结构

单例类：只能创建一个实例的类

访问类：使用单例类的类

三、单例模式分类

饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建

懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时被创建

四、单例模式优缺点

优点： 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。

2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

注意：

1、单例类只能有一个实例。

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

五、创建单例模式

饿汉式

存在问题：

类加载时对象就被创建，一直在内存中，如果一直不适用，该对象仍在，会存在内存浪费问题

1. 静态成员变量方式

public class HungryChinese {
 
    //私有构造方法
    private HungryChinese(){}
 
    //在该类中创建一个该类的对象供外界去使用
    private static HungryChinese hungryChinese = new HungryChinese();
 
    //提供一个公共的访问方式，让外界获取hungryChinese对象
    public static HungryChinese getInstance(){
        return hungryChinese;
    }
}
class HungryChineseTest{
    public static void main(String[] args) {
        //获取单例类的对象，因为对象私有，只能通过方法去获取
        HungryChinese instance = HungryChinese.getInstance();
        HungryChinese instance1 = HungryChinese.getInstance();
        //判断是否为同一个对象
        System.out.println(instance.equals(instance1));
    }
}

2.静态代码块方式

public class HungryChinese2 {
    //私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
    private HungryChinese2(){}
 
    //声明该类类型的变量
    private static HungryChinese2 hungryChinese2;//初始值为null
 
    //静态代码块中赋值
    static {
        hungryChinese2 = new HungryChinese2();
    }
 
    //对外提供的访问方式
    public static HungryChinese2 getInstance(){
        return hungryChinese2;
    }
}
class HungryChinese2Test{
    public static void main(String[] args) {
        HungryChinese2 instance = HungryChinese2.getInstance();
        HungryChinese2 instance1 = HungryChinese2.getInstance();
        System.out.println(instance.equals(instance1));
    }
}

懒汉式

1.线程不安全

public class LazyMan {
    //私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
    private LazyMan(){}
 
    //声明LazyMan类型的变量
    private static LazyMan instance;//只是声明了该类的对象，没有赋初始值
 
    //对外提供访问方式
    public static LazyMan getInstance(){
        //判断instance是否为null,如果为null,说明还没有创建LazyMan类的对象
        //如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回
        //线程不安全，多线程下会创建多个对象
        if (instance == null){
            instance = new LazyMan();
        }
            return instance;
    }
}
class LazyManTest{
    public static void main(String[] args) {
        LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
        LazyMan instance1 = LazyMan.getInstance();
        System.out.println(instance.equals(instance1));
    }
}

2.线程安全（优化）

public class LazyMan2 {
    //私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
    private LazyMan2(){}
 
    //声明LazyMan类型的变量
    private static LazyMan2 instance;//只是声明了该类的对象，没有赋初始值
 
    //对外提供访问方式
    public static LazyMan2 getInstance(){
        //判断instance是否为null,如果为null,说明还没有创建LazyMan类的对象
        //如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回
        if (instance == null){
            //线程1等待，线程2获取到cpu执行权，也会进入到该判断里
            instance = new LazyMan2();
        }
        return instance;
    }
}
class LazyMan2Test{
    public static synchronized void main(String[] args) {
        LazyMan2 instance = LazyMan2.getInstance();
        LazyMan2 instance1 = LazyMan2.getInstance();
        System.out.println(instance.equals(instance1));
    }
}

3.双重检查锁模式

        双重检查锁模式解决了单例、性能、线程安全问题，看似完美无缺，其实存在问题，在多线程情况下，可能会出现空指针问题问题在于JVM在实例化对象时会进行优化和指令重排序操作。解决空指针问题只需使用volatile关键字，volatile可以保证可见性和有序性。

public class LazyMan3 {
    private LazyMan3(){}
    private static volatile LazyMan3 instance;
    public static LazyMan3 getInstance(){
        //第一次判断,如果instance不为null,不需要抢占锁，直接返回对象
        if (instance == null){
            synchronized (LazyMan3.class){
                //第二次判断
                if (instance == null){
                    instance = new LazyMan3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
class LazyMan3Test{
    public static void main(String[] args) {
        LazyMan3 instance = LazyMan3.getInstance();
        LazyMan3 instance1 = LazyMan3.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);
    }
}

4. 静态内部类方式

        静态内部类模式中实例由内部类创建，由于JVM在加载外部类的过程中，是不会加载静态内部类的，只有内部类的方法/属性被调用时才会被加载，并初始化静态属性，静态属性由于被static修饰，保证只能被初始化一次，并且严格保证实例化顺序。

        静态内部类模式是一种优秀的单例模式。在没有任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间浪费。

public class LazyMan4 {
    private LazyMan4(){}
    //定义一个静态内部类
    private static class LazyMan4Holder{
        private static final LazyMan4 INSYANCE = new LazyMan4();
    }
    //对外访问方法
    public static LazyMan4 getInstance(){
        return LazyMan4Holder.INSYANCE;
    }
}
class LazyMan4Test{
    public static void main(String[] args) {
        LazyMan4 instance = LazyMan4.getInstance();
        LazyMan4 instance1 = LazyMan4.getInstance();
        System.out.println(instance == instance1);
    }
}

5.枚举方式

枚举方式属于饿汉式方式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举是线程安全的，并且只会装载一次，枚举类是所有单例类实现中唯一不会被破坏的单例模式。

public enum LazyMan5 {
    INSTANCE;
}
class LazyMan5Test{
    public static void main(String[] args) {
        LazyMan5 instance = LazyMan5.INSTANCE;
        LazyMan5 instance1 = LazyMan5.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance1);
    }
}