筆記來源：尚矽谷Java設計模式（圖解+框架原始碼剖析）

• 單例模式
  • 介紹
  • 八種方式
  • 1、餓漢式（靜態常量）
  • 2、餓漢式（靜態程式碼塊）
  • 3、懶漢式（執行緒不安全）
  • 4、懶漢式（執行緒安全，同步方法）
  • 5、懶漢式（執行緒安全，同步程式碼塊）
  • 6、雙重檢查
  • 7、靜態內部類
  • 8、列舉
  • JDK 原始碼分析
  • 注意事項和細節說明
  • 小結

單例模式

介紹

所謂類的單例設計模式，就是採取一定的方法保證在整個的軟體系統中，對某個類只能存在一個物件例項，並且該類只提供一個取得其物件例項的方法（靜態方法）

比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充當資料儲存源的代理，並負責建立 Session 物件。SessionFactory 並不是輕量級的，一般情況下，一個專案通常只需要一個 SessionFactory 就夠，這是就會使用到單例模式

八種方式

• 1）餓漢式（靜態常量）
• 2）餓漢式（靜態程式碼塊）
• 3）懶漢式（執行緒不安全）
• 4）懶漢式（執行緒安全，同步方法）
• 5）懶漢式（執行緒安全，同步程式碼塊）
• 6）雙重檢查
• 7）靜態內部類
• 8）列舉

1、餓漢式（靜態常量）

• 1）構造器私有化（防止外部 new）
• 2）類的內部建立物件
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法 getInstance

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、類的內部建立物件
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    // 3、向外暴露一個靜態的公共方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
 

優缺點

• 1）優點：這種寫法比較簡單，就是在類裝載的時候就完成例項化。避免了執行緒同步問題
• 2）缺點：在類裝載的時候就完成例項化，沒有達到 Lazy Loading 的效果。如果從始至終從未使用過這個例項，則會造成記憶體的浪費
• 3）這種方式基於 classloder 機制避免了多執行緒的同步問題。不過，instance 在類裝載時就例項化，在單例模式中大多數都是呼叫getlnstance 方法，但是導致類裝載的原因有很多種，因此不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化 instance 就沒有達到 Lazy loading 的效果
• 4）結論：這種單例模式可用，可能造成記憶體浪費

2、餓漢式（靜態程式碼塊）

• 1）構造器私有化
• 2）類的內部宣告物件
• 3）在靜態程式碼塊中建立物件
• 4）向外暴露一個靜態的公共方法

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、類的內部宣告物件
    private static Singleton instance;

    // 3、在靜態程式碼塊中建立物件
    static {
        instance = new Singleton();
    }

    // 4、向外暴露一個靜態的公共方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

優缺點

• 1）這種方式和上面的方式其實類似，只不過將類例項化的過程放在了靜態程式碼塊中，也是在類裝載的時候，就執行靜態程式碼塊中的程式碼，初始化類的例項。優缺點和上面是一樣的。
• 2）結論：這種單例模式可用，但是可能造成記憶體浪費

3、懶漢式（執行緒不安全）

• 1）構造器私有化
• 2）類的內部建立物件
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法，當使用到該方法時，才去建立 instance

// 1、構造器私有化
private Singleton() {
}

// 2、類的內部宣告物件
private static Singleton instance;

// 3、向外暴露一個靜態的公共方法，當使用到該方法時，才去建立 instance
public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

優缺點

• 1）起到了 Lazy Loading 的效果，但是隻能在單執行緒下使用
• 2）如果在多執行緒下，一個執行緒進入了判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個執行緒也通過了這個判斷語句，這時便會產生多個例項
• 3）結論：在實際開發中，不要使用這種方式

4、懶漢式（執行緒安全，同步方法）

• 1）構造器私有化
• 2）類的內部建立物件
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼，解決執行緒安全問題

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、類的內部宣告物件
    private static Singleton instance;

    // 3、向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼，解決執行緒安全問題
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優缺點

• 1）解決了執行緒不安全問題
• 2）效率太低了，每個執行緒在想獲得類的例項時候，執行getlnstance()方法都要進行同步。而其實這個方法只執行一次例項化程式碼就夠了，後面的想獲得該類例項，直接return就行了。方法進行同步效率太低
• 3）結論：在實際開發中，不推薦使用這種方式

5、懶漢式（執行緒安全，同步程式碼塊）

• 1）構造器私有化
• 2）類的內部建立物件
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼塊

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、類的內部宣告物件
    private static Singleton instance;

    // 3、向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼，解決執行緒安全問題
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

優缺點

• 1）這種方式，本意是想對第四種實現方式的改進，因為前面同步方法效率太低，改為同步產生例項化的的程式碼塊
• 2）但是這種同步並不能起到執行緒同步的作用。跟第3種實現方式遇到的情形一致，假如一個執行緒進入了判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個執行緒也通過了這個判斷語句，這時便會產生多個例項
• 3）結論：在實際開發中，不能使用這種方式

6、雙重檢查

• 1）構造器私有化
• 2）類的內部建立物件，同時用volatile關鍵字修飾修飾
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼塊，並進行雙重判斷，解決執行緒安全問題

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、類的內部宣告物件，同時用`volatile`關鍵字修飾修飾
    private static volatile Singleton instance;

    // 3、向外暴露一個靜態的公共方法，加入同步處理的程式碼塊，並進行雙重判斷，解決執行緒安全問題
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

優缺點

• 1）Double-Check 概念是多執行緒開發中常使用到的，我們進行了兩次檢查，這樣就可以保證執行緒安全了
• 2）這樣例項化程式碼只用執行一次，後面再次訪問時直接 return 例項化物件，也避免的反覆進行方法同步
• 3）執行緒安全；延遲載入；效率較高
• 4）結論：在實際開發中，推薦使用這種單例設計模式

7、靜態內部類

• 1）構造器私有化
• 2）定義一個靜態內部類，內部定義當前類的靜態屬性
• 3）向外暴露一個靜態的公共方法

public class Singleton {
    // 1、構造器私有化
    private Singleton() {
    }

    // 2、定義一個靜態內部類，內部定義當前類的靜態屬性
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    // 3、向外暴露一個靜態的公共方法
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.instance;
    }
}

優缺點

• 1）這種方式採用了類裝載的機制，來保證初始化例項時只有一個執行緒
• 2）靜態內部類方式在 Singleton 類被裝載時並不會立即例項化，而是在需要例項化時，呼叫getlnstance方法，才會裝載Singletonlnstance 類，從而完成 Singleton 的例項化
• 3）類的靜態屬性只會在第一次載入類的時候初始化，JVM幫助我們保證了執行緒的安全性，在類進行初始化時，別的執行緒是無法進入的
• 4）優點：避免了執行緒不安全，利用靜態內部類特點實現延遲載入，效率高
• 5）結論：推薦使用

8、列舉

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

優缺點

• 1）這藉助 JDK1.5 中新增的列舉來實現單例模式。不僅能避免多執行緒同步問題，而且還能防止反序列化重新建立新的物件
• 2）這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
• 3）結論：推薦使用

JDK 原始碼分析

JDK中 java.lang.Runtime 就是經典的單例模式

注意事項和細節說明

• 1）單例模式保證了系統記憶體中該類只存在一個物件，節省了系統資源，對於一些需要頻繁建立銷燬的物件，使用單例模式可以提高系統性能
• 2）當想例項化一個單例類的時候，必須要記住使用相應的獲取物件的方法，而不是使用 new
• 3）單例模式使用的場景：需要頻繁的進行建立和銷燬的物件、建立物件時耗時過多或耗費資源過多但又經常用到的物件（即：重量級物件）、工具類物件、頻繁訪問資料庫或檔案的物件（比如資料來源、session 工廠等）

小結

雖然上述提到的概念中，將雙重檢查、靜態內部類、列舉三種方式的單例模式單獨列舉出來說明，但個人覺得本質也可以歸類到餓漢式和懶漢式中；另外，同步程式碼塊雖然上述中歸類到執行緒安全，實際上並不是執行緒安全的

總結如下

• |——餓漢式：靜態常量、靜態程式碼塊、列舉（本質就是靜態常量）
• |——懶漢式
  • |——執行緒不安全：一次檢查、同步程式碼塊
  • |——執行緒安全：同步方法、雙重檢查、靜態內部類