Java设计模式之单例模式Singleton Pattern详解

1.单例设计模式的设计思想与应用场景

设计目的

避免因为创建了多个实例造成资源的浪费，且多个实例由于多次调用容易导致结果出现错误，而使用单例模式能够保证整个应用中有且只有一个实例。

设计思想

(1)不允许其他程序用new对象： 因为new就是开辟新的空间，在这里更改数据只是更改的所创建的对象的数据，如果可以new的话，每一次new都产生一个对象，这样肯定保证不了对象的唯一性。

(2)在该类中创建对象： 因为不允许其他程序new对象，所以这里的对象需要在本类中new出来

(3)对外提供一个可以让其他程序获取该对象的方法

应用场景

一些常用的工具类、线程池、缓存，数据库，数据库连接池、账户登录系统、配置文件等程序中可能只允许我们创建一个对象。

2.单例模式的写法

单例模式的写法大的方面可以分为5种五种

1.懒汉式

2.饿汉式

3.双重校验锁

4.静态内部类

5.枚举

2.1单例模式的饿汉式

public class Singleton {
		private static Singleton instance=new Singleton();
		//构造器私有化，本身不可创建
		private Singleton(){
		}
		//定义一个获取对象的方法
		public static Singleton getInstance(){
			 return instance;
		}
｝

饿汉式的静态代码块写法

public class Singleton{
	private static Singleton  instance = null;
	static{
		 instance =  new Singleton();
	}
	private Singleton(){
	}
	public static  Singleton getInstance(){
		return instance;
	}
}

备注：两种写法的主要区别在于加载的时间点上，前者在于静态常量显示初始化之后，后者在与静态代码块加载运行的时候。

优点：饿汉式的写法主要的优势在于实现方式简单，在类加载的时候完成了对象的实例化，因此也可以有效避免线程问题。

缺点：可能造成资源浪费的情况，由于对象实例是在代码加载过程中进行的，只要代码成功加载对象实例就会被创建导致内存浪费。【被占用的内存是非常小的，所以也是推介可以使用的。】

2.2单例模式的懒汉式

2.2.1 懒汉式普通写法

线程不安全，不推荐使用

public class Singleton {
 
	private static Singleton instance=null;
	
	private Singleton() {};
	
	public static Singleton getInstance(){
		
		if(instance==null){
			instance=new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

与饿汉式的写法相比较，懒汉式主要是在对**getInstance()**方法调用的时候进行实例化对象的操作，既用之再造，节省了内存，故因此称之为懒汉式。

懒汉式的普通写法式存在线程安全问题的，总的来说也就是存在重复创建对象的风险。假设线程1进来，通过if(instance==null)的条件判断准备运行”insatance=new Singleton()“这条代码前，又有线程2运行，此时还没有成功进行Singleton对象实例的创建，if 的条件判断仍然成立，线程2也会去执行instance=new Singleton()这条语句，这样就会导致多个Singleton对象被创建。这就是为什么懒汉式的普通写法会造成线程安全的原因。

2.2.2懒汉式同步代码写法

【给创建对象的语句加锁】与2.2.1的写法类似仍为线程不安全的写法，不推荐使用

public class Singleton7 {
 
	private static Singleton instance=null;
	
	public static Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
		}
		return instance;
	}
}

与2.2.1相类似，synchronized (Singleton.class) 锁住的只是对于对象的创建，仍有有可能再线程1获得”钥匙“还未进行对象的创建的时候，线程二也通过条件判断进行锁等待，一旦获得“钥匙”也会进行对象创建，也是会导致多对象的创建。

2.2.3懒汉式同步方法写法

线程安全，但效率非常低，不推荐使用

public class Singleton {
 
	private static Singleton instance=null;
	
	private Singleton() {};
	
	public static synchronized Singleton getInstance(){
		
		if(instance==null){
			instance=new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

缺点：效率太低了，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，方法进行同步效率太低。

2.2.4单例模式懒汉式双重校验锁

推介使用

public class Singleton {
	/**
	 * 懒汉式变种，属于懒汉式中最好的写法，保证了：延迟加载和线程安全
	 */
	private static Singleton instance=null;
	private Singleton() {};
	public static Singleton getInstance(){
		 if (instance == null) {  
	          synchronized (Singleton.class) {  
	              if (instance == null) {  
	            	  instance = new Singleton();  
	              }  
	          }  
	      }  
	      return instance;  
	}
}

通过双层if(insatance==null)的条件限制，防止了多线程运行就算在解锁条件下多对象的创建。

通过synchronized 保证了线程安全，但再第一次对象成功创建后，就可以通过return instance 避免了加锁代码的重复运行，大大提升了效率。

在线程安全以及效率之间找到了一个平衡点。

2.3内部类

public class Singleton{
	private Singleton() {};
	private static class SingletonHolder{
		private static Singleton instance=new Singleton();
	} 
	public static Singleton getInstance(){
		return SingletonHolder.instance;
	}
}

这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同

的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在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，才会装载SingletonHolder类，从而完成Singleton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，延迟加载，效率高。

2.4枚举

public enum SingletonEnum {
	 instance; 
	 private SingletonEnum() {}
	 public void method(){
	 }
}

也就是直接将枚举类Enum直接当作一个上述例子中的Singleton所对应的实例去进行使用，可以直接通过SingletonEnum.instance.method();的方式对实例中我们要使用的方法进行调用。

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。可能是因为枚举在JDK1.5中才添加，所以在实际项目开发中，很少见人这么写过，这种方式也是最好的一种方式，如果在开发中JDK满足要求的情况下建议使用这种方式。

总结

对于写法的选择，开源项目也是采用的单例模式懒汉式双重校验锁这种写法，其实最安全的写法是枚举，它的实现非常简单而且最安全可谓很完美，但是可能是因为支持的JDK版本有限又或者是因为枚举大家不熟悉所以目前使用的人并不多，可以更多的进行尝试。

另外当我们使用反射机制时可能不能保证实例的唯一性，但是枚举始终可以保证唯一性【这与枚举类在初始类加载的过程以及进行的操作有关】。

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