[Java知识库]单例模式简单总结

什么是单例模式？

单例模式（Singleton Pattern）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型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种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的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

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。

?例子如下：

public class SingleObject {
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   //获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
      System.out.println("Hello World!");
   }
}



public class SingletonPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //不合法的构造函数
      //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
      //SingleObject object = new SingleObject();
 
      //获取唯一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      //显示消息
      object.showMessage();
   }
}

单例模式的两种实现方式

饿汉式单例模式

实现如下：

//饿汉式单例模式
public class Hungry {

    private Hungry(){
    }

     //这一步导致，只要类加载，就会new创建实例。
     //而可能有除了getInstance静态方法的其他的方式导致类加载。
    private final static Hungry HUNGRY=new Hungry();

    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }


}

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，HUNGRY在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，。但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化HUNGRY，但这时根本就不需要用到它，显然没有就达到 lazy loading 的效果。

lazy loading：它的核心思想是把对象的实例化延迟到真正调用该对象的时候，这样做的好处是可以减轻大量对象在实例化时对资源的小号，而不是在程序初始化的时候就预先将对象实例化。

懒汉式单例模式

1.实现如下：

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
  
    //这就解决了上面的问题，只有getInstance()方法调用时才会创建实例。
    //但多线程安全问题就不呢解决了。得加synchronized才安全。
    public static Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

例如：假设有两个线程进来执行，两个都执行到了 if (instance == null)? ；接下来其中一个线程抢到cpu，创建实例，这时，instance已经不为空了。然后另一个线程接着执行，因为前面if判断为null，则又创建一个实例，显然这个实例可不是之前那个实例。这样的话，他就不是单例模式了。

2. getInstance() 加上 synchronized后：锁住了这个类

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

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

3.双检锁/双重校验锁（DCL懒汉模式）

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  //加上volatile保证原子性操作 
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  //第一次判空是方便singleton不为空时直接返回 

        synchronized (Singleton.class) {  
       //第二次判空作用：例如当两个线程在第一步判空都为null时，其中一个线程执行完后， 
        //singleton已经不为空了；另一个线程拿到锁，继续执行，这时它还是认为singleton是为空 
         //的，则需要 再判断一次，防止这种情况。
          if (singleton == null) {   

      singleton = new Singleton();  //不是一个原子性操作，故还需要加上volatile保证原子性操作       
            /**
           * 1.分配内存空间
           * 2.执行构造方法，初始化对象
           * 3.把这个对象指向这个空间
           *
           * 123    正常顺序
           * 132   但也可能是这样的顺序，单线程没有影响 （线程A)
           *       多线程的时候，线程B发现singleton！=null,但实际还有没有执行构造方法,就会出 
                  现问题。 
           */

     
            }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。