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关于设计模式:设计模式笔记单例模式

jiezi

1. 单例设计模式简介

所谓类的单例设计模式，就是采取肯定的办法保障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获得其对象实例的办法(静态方法)。比方 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创立 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，个别状况下，一个我的项目通常只须要一个 SessionFactory 就够，这是就会应用到单例模式。

2. 单例设计模式八种形式

单例模式有八种形式：
(1) 饿汉式 (动态常量)
(2) 饿汉式(动态代码块)
(3) 懒汉式 (线程不平安)
(4) 懒汉式(线程平安，同步办法)
(5) 懒汉式(线程平安，同步代码块)
(6) 双重查看
(7) 动态外部类
(8) 枚举

2.1 饿汉式(动态常量)

饿汉式（动态常量）利用实例步骤如下：
(1) 结构器私有化(避免 new)
(2) 类的外部创建对象
(3) 向外裸露一个动态的公共办法，获取类的实例
(4) 代码实现

// 饿汉式(动态常量)
public class Singleton {
    //1. 结构器私有化
    private Singleton() {}
    //2，本类外部能创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    //3. 提供一个私有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {return instance;}
}

public class SingletonTest {public static void main(String[] args) {Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.err.println(instance==instance2);
        System.err.println("instance.hashCode="+instance.hashCode());
        System.err.println("instance2.hashCode="+instance2.hashCode());
    }
}

阐明
(1) 长处：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就实现实例化。防止了线程同步问题。
(2) 毛病：在类装载的时候就实现实例化，没有达到 Lazy Loading 的成果。如果从始至终从未应用过这个实例，则会造成内存的节约
(3) 这种形式基于 classloder 机制防止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 办法，然而导致类装载的起因有很多种，因而不能确定有其余的形式（或者其余的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的成果
(4) 这种单例模式可用，可能造成内存节约

2.2 饿汉式（动态代码块）

class Singleton2{
    //1. 结构器私有化
    private Singleton2() {}
    //2，本类外部能创建对象实例
    private static Singleton2 instance;
    static {// 在动态代码块中，创立单例对象
        instance = new Singleton2();}
    //3. 提供一个私有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton2 getInstance() {return instance;}
    
}

阐明:
(1) 这种形式和下面的形式其实相似，只不过将类实例化的过程放在了动态代码块中，也是在类装载的时候，就执行动态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和下面是一样的。

(2)这种单例模式可用，然而可能造成内存节约

2.3 懒汉式(线程不平安)

class Singleton3{
    private static Singleton3 instance;
    
    private Singleton3() {}
    // 提供一个动态的私有办法，当应用到该办法时，才去创立 instance, 即懒汉式
    public static Singleton3 getInstance() {if(instance==null) {instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }
}

阐明:
(1) 起到了 Lazy Loading 的成果，然而只能在单线程下应用
(2) 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应用这种形式
(3) 论断：在理论开发中，不要应用这种形式

2.4 懒汉式(线程平安, 同步办法)

class Singleton4{
    private static Singleton4 instance;
    
    private Singleton4() {}
    // 提供一个动态的私有办法，退出同步办法，解决线程平安问题
    public static synchronized Singleton4 getInstance() {if(instance==null) {instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

阐明:
(1) 解决了线程不平安问题
(2) 效率太低了，每个线程在想取得类的实例时候，执行 getInstance() 办法都要进行同步。而其实这个办法只执行一次实例化代码就够了，前面的想取得该类实例，间接 return 就行了。办法进行同步效率太低
(3) 在理论开发中，不举荐应用这种形式

2.4 懒汉式(线程平安，同步办法)

class Singleton4{
    private static Singleton4 instance;
    
    private Singleton4() {}
    // 提供一个动态的私有办法，退出同步办法，解决线程平安问题
    public static synchronized Singleton4 getInstance() {if(instance==null) {instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

阐明:
(1) 解决了线程不平安问题
(2) 效率太低了，每个线程在想取得类的实例时候，执行 getInstance() 办法都要进行同步。而其实这个办法只执行一次实例化代码就够了，前面的想取得该类实例，间接 return 就行了。办法进行同步效率太低
(3) 不举荐应用这种形式

2.5 懒汉式(线程平安，同步代码块)

class Singleton5{
    private static Singleton5 instance;
    
    private Singleton5() {}
    // 提供一个动态的私有办法，退出同步解决的代码，解决线程平安问题
    public static Singleton5 getInstance() {if(instance==null) {synchronized (Singleton5.class) {instance = new Singleton5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

阐明:
(1) 这种形式，本意是想对第四种实现形式的改良，因为后面同步办法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块
(2) 然而这种同步并不能起到线程同步的作用。跟 2.3 种实现形式遇到的情景统一，如果一个线程进入了 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
(3) 在理论开发中，不能应用这种形式

2.6 双重查看

ublic class SingletonTest06 {public static void main(String[] args) {System.out.println("双重查看");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
        
    }

}

// 懒汉式(线程平安，同步办法)
class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个动态的私有办法，退出双重查看代码，解决线程平安问题, 同时解决懒加载问题
    // 同时保障了效率, 举荐应用
    
    public static  Singleton getInstance() {if(instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if(instance == null) {instance = new Singleton();
                }
            }
            
        }
        return instance;
    }
}

阐明：
(1) Double-Check 概念是多线程开发中常应用到的，如代码中所示，咱们进行了两次 if (singleton == null)查看，这样就能够保障线程平安了
(2) 这样，实例化代码只用执行一次，前面再次拜访时，判断 if (singleton == null)，间接 return 实例化对象，也防止的重复进行办法同步
(3) 线程平安；提早加载；效率较高
(4) 在理论开发中，举荐应用这种单例设计模式

2.7 动态外部类

public class SingletonTest07 {public static void main(String[] args) {System.out.println("应用动态外部类实现单例模式");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
    }

}
// 动态外部类实现，举荐应用
class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    
    // 结构器私有化
    private Singleton() {}
    
    // 写一个动态外部类, 该类中有一个动态属性 Singleton
    private static class SingletonInstance {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
    }
    
    // 提供一个动态的私有办法，间接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

阐明：
(1) 这种形式采纳了类装载的机制来保障初始化实例时只有一个线程。
(2) 动态外部类形式在 Singleton 类被装载时并不会立刻实例化，而是在须要实例化时，调用 getInstance 办法，才会装载 SingletonInstance 类，从而实现 Singleton 的实例化。
(3) 类的动态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮忙咱们保障了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无奈进入的。
(4) 长处：防止了 线程不平安，利用动态外部类特点实现提早加载，效率高
(5) 举荐应用

2.8 枚举

public class SingletonTest08 {public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance2);
        
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
        
        instance.sayOK();}
}

// 应用枚举，能够实现单例, 举荐
enum Singleton {
    INSTANCE; // 属性
    public void sayOK() {System.out.println("ok~");
    }
}

阐明：
(1) 这借助 JDK1.5 中增加的枚举来实现单例模式。不仅能防止多线程同步问题，而且还能避免反序列化从新创立新的对象。
(2) 这种形式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的形式

3. 单例模式注意事项和细节阐明

(1) 单例模式保障了 零碎内存中该类只存在一个对象，节俭了系统资源，对于一些须要频繁创立销毁的对象，应用单例模式能够进步零碎性能
(2) 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住应用相应的获取对象的办法，而不是应用 new
(3) 单例模式应用的场景：须要频繁的进行创立和销毁的对象、创建对象时耗时过多或消耗资源过多(即：重量级对象)，但又常常用到的对象、工具类对象、频繁拜访数据库或文件的对象(比方数据源、session 工厂等)

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