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1、单例模式介绍
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、单例模式的品种
- 饿汉式（动态常量）
- 饿汉式（动态代码块）
- 懒汉式（线程不平安）
- 懒汉式（线程平安，同步办法）
- 懒汉式（线程平安，同步代码块）
- 双重查看
- 动态外部类
- 枚举
1、饿汉式（动态常量）
步骤：
- 构造方法私有化
- 内的外部创建对象
- 向外裸露一个动态的公共办法
public class Singleton01 {private static final Singleton01 INSTANCE = new Singleton01();
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton01(){}
/**
* 提供一个私有的静态方法，返回实例对象
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton01 getINSTANCE() {return INSTANCE;}
public static void main(String[] args) {Singleton01 instance1 = Singleton01.getINSTANCE();
Singleton01 instance2 = Singleton01.getINSTANCE();
System.out.println(instance1 == instance2);
System.out.println("instance1.hashCode =" + instance1.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode =" + instance2.hashCode());
}
}优缺点：
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。
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
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
毁坏单例的情景
- 反射毁坏单例：利用反射创立实例对象
- 反序列化毁坏单例 ：前提是实现了
implements Serializable接口 - Unsafe 毁坏单例：这种情景是不能防止的
1、反射毁坏单例
利用反射获取类的构造方法
private static void reflection(Class<?> clazz) throws NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
System.out.println("反射创立实例:" + constructor.newInstance());
}如何防止呢？
调用的时候加一层判断，如果创立了，则返回原实例或者抛出异样
private Singleton1() {if (INSTANCE != null) {throw new RuntimeException("单例对象不能反复创立");
}
System.out.println("private Singleton1()");
}2、反序列化毁坏单例
通过对象输入流将对象转成为字节流，再通过
ByteArrayInputStream办法将字节流转为对象
private static void serializable(Object instance) throws IOException, ClassNotFoundException {ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(instance);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()));
System.out.println("反序列化创立实例:" + ois.readObject());
}如何防止呢？
// 办法名是固定的
public Object readResolve() {return INSTANCE;}3、Unsafe 毁坏单例
通过反射调用 JDK 内置的 Unsafe 办法毁坏单例
private static void unsafe(Class<?> clazz) throws InstantiationException {Object o = UnsafeUtils.getUnsafe().allocateInstance(clazz);
System.out.println("Unsafe 创立实例:" + o);
}如何防止呢？
临时还没有找到解决的办法，大佬们晓得如何解决吗？
总结：这种单例模式可用，可能造成内存节约，启动就创建对象实例
2、饿汉式（动态代码块）
public class Singleton02 {
private static final Singleton02 INSTANCE ;
/**
* 在动态代码块中，创立单例对象
*/
static {INSTANCE = new Singleton02();
}
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton02(){}
/**
* 提供一个私有的静态方法，返回实例对象
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton02 getINSTANCE() {return INSTANCE;}
public static void main(String[] args) {Singleton02 instance1 = Singleton02.getINSTANCE();
Singleton02 instance2 = Singleton02.getINSTANCE();
System.out.println(instance1 == instance2);
System.out.println("instance1.hashCode =" + instance1.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode =" + instance2.hashCode());
}
}优缺点：
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。
总结：这种单例模式可用，然而可能造成内存节约
3、懒汉式（线程不平安）
public class Singleton03 {
private static Singleton03 INSTANCE ;
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton03(){}
/**
* 提供一个动态的私有办法，当应用到该办法时，才去创立 instance
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton03 getINSTANCE() {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton03();
}
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {
// 模仿 1000 个线程拜访
for (int i = 0; i < 1000; i++) {new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {System.out.println("instance.hashCode=" + Singleton03.getINSTANCE().hashCode());
}
}).start();}
}
}优缺点：
达到了 Lazy Loading 的成果，然而只能在单线程下应用。
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应用这种形式。
论断：在理论开发中，不要应用这种形式.
4、懒汉式（线程平安，同步办法）
public class Singleton04 {
private static Singleton04 INSTANCE ;
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton04(){}
/**
* 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
* @return INSTANCE
*/
public static synchronized Singleton04 getINSTANCE() {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton04();
}
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 1000; i++) {new Thread(() ->{System.out.println("instance.hashCode=" + Singleton03.getINSTANCE().hashCode());
}).start();}
}
}优缺点：
解决了线程平安问题，给私有办法加上了锁
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
论断：在理论开发中，不举荐应用这种形式
5、懒汉式（线程平安，同步代码块）
public class Singleton05 {
private static Singleton05 INSTANCE ;
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton05(){}
/**
* 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
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton05 getINSTANCE() {if (INSTANCE == null) {
// 同步代码块
synchronized (Singleton03.class){INSTANCE = new Singleton05();
}
}
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 1000; i++) {new Thread(() ->{System.out.println("instance.hashCode=" + Singleton03.getINSTANCE().hashCode());
}).start();}
}
}优缺点：
通过试图同步代码块来提高效率，解决线程平安
但事实上不可行，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。
6、双重查看
public class Singleton06 {
private static volatile Singleton06 INSTANCE ;
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton06(){}
/**
* 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
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton06 getINSTANCE() {if (INSTANCE == null) {
// 同步代码块
synchronized (Singleton03.class){if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton06();
}
}
}
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 1000; i++) {new Thread(() ->{System.out.println("instance.hashCode=" + Singleton06.getINSTANCE().hashCode());
}).start();}
}
}为何必须加 volatile：
INSTANCE = new Singleton4()不是原子的，分成 3 步：创建对象、调用结构、给动态变量赋值，其中后两步可能被指令重排序优化，变成先赋值、再调用结构- 如果线程 1 先执行了赋值，线程 2 执行到第一个
INSTANCE == null时发现 INSTANCE 曾经不为 null，此时就会返回一个未齐全结构的对象
优缺点：
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。
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.
线程平安；提早加载；效率较高
总结：在理论开发中，举荐应用这种单例设计模式
7、动态外部类
public class Singleton07 {
/**
* 构造方法私有化，避免 new
*/
private Singleton07(){}
/**
* 写一个动态外部类, 该类中有一个动态属性 Singleton
*/
public static class SingletonClass{private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07();
}
/**
* 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
* @return INSTANCE
*/
public static Singleton07 getINSTANCE() {return SingletonClass.INSTANCE;}
public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 1000; i++) {new Thread(() ->{System.out.println("instance.hashCode=" + Singleton07.getINSTANCE().hashCode());
}).start();}
}
}优缺点：
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。
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 SingletonClass 类，从而实现 Singleton 的实例化。
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。
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
论断：举荐应用
8、枚举
public enum Singleton08 {
INSTANCE;
public void sayHello(){System.out.println("你好，枚举单例模式！");
}
public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 100; i++) {new Thread(() ->{INSTANCE.sayHello();
System.out.println("instance.hashCode ="+INSTANCE.hashCode());
}).start();}
}
}优缺点：
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，相对避免屡次实例化。
3、单例模式在 JDK 利用的源码剖析
1、饿汉式
JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)
public class Runtime {private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
/**
* Returns the runtime object associated with the current Java application.
* Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
* methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
*
* @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
* Java application.
*/
public static Runtime getRuntime() {return currentRuntime;}
/** Don't let anyone else instantiate this class */
private Runtime() {}
······
}2、双检锁懒汉式单例
System 类中的 Console 对象的创立就是用的双重检锁
private static volatile Console cons = null;
/**
* Returns the unique {@link java.io.Console Console} object associated
* with the current Java virtual machine, if any.
*
* @return The system console, if any, otherwise <tt>null</tt>.
*
* @since 1.6
*/
public static Console console() {if (cons == null) {synchronized (System.class) {if (cons == null) {cons = sun.misc.SharedSecrets.getJavaIOAccess().console();}
}
}
return cons;
}3、外部类懒汉式单例
Collections 类中的 ReverseComparator.REVERSE_ORDER 就是外部类懒汉式单例
private static class ReverseComparator
implements Comparator<Comparable<Object>>, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7207038068494060240L;
static final ReverseComparator REVERSE_ORDER
= new ReverseComparator();
public int compare(Comparable<Object> c1, Comparable<Object> c2) {return c2.compareTo(c1);
}
private Object readResolve() { return Collections.reverseOrder(); }
@Override
public Comparator<Comparable<Object>> reversed() {return Comparator.naturalOrder();
}
}4、外部类懒汉式单例
Collections 中的 EmptyNavigableSet 就是外部类懒汉式单例
private static class EmptyNavigableSet<E> extends UnmodifiableNavigableSet<E>
implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -6291252904449939134L;
public EmptyNavigableSet() {super(new TreeSet<E>());
}
private Object readResolve() { return EMPTY_NAVIGABLE_SET;}
}5、枚举饿汉式单例
Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE 枚举饿汉式单例
class Comparators {private Comparators() {throw new AssertionError("no instances");
}
/**
* Compares {@link Comparable} objects in natural order.
*
* @see Comparable
*/
enum NaturalOrderComparator implements Comparator<Comparable<Object>> {
INSTANCE;
@Override
public int compare(Comparable<Object> c1, Comparable<Object> c2) {return c1.compareTo(c2);
}
@Override
public Comparator<Comparable<Object>> reversed() {return Comparator.reverseOrder();
}
}
......
}4、注意事项和细节阐明
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。
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
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)
5、总结
经验之谈：个别状况下，不倡议应用第 1 种和第 2 种懒汉形式，倡议应用第 3 种饿汉形式。只有在要明确实现 lazy loading 成果时，才会应用第 5 种注销形式。如果波及到反序列化创建对象时，能够尝试应用第 6 种枚举形式。如果有其余非凡的需要，能够思考应用第 4 种双检锁形式。
