【设计模式学习笔记】之单例模式

1.作用：

产生唯一实例，拒绝客户端程序员使用new关键字获取实例，即一个类只有一个实例。比如：有一个类用于读取配置文件生成一个Properties对象，只需要一个对象即可。如果每次用到就读取一次新建一个Properties实例，这样就会造成资源浪费，以及多线程的安全问题。单例模式区分懒汉式、饿汉式。

2.观点：

严格来说，单例模式并不应该算得上设计模式，纠结线程安全问题可以，但是纠结茴香豆的八种写法这就不好了吧，代码应该先实现，然后在保证效果的前提下再去提升效率，过度设计并不适合所有场景。

3.懒汉、饿汉共同点：

都私有化构造方法，有一个静态方法返回生成的唯一实例。

4.饿汉式【推荐】：

说明：需要单例的类，在classloader load进内存的时候，直接静态初始化自己的类本身，产生一个唯一对象，使用一个静态方法返回这个实例。

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 /**
 4  * 单例模式：饿汉
 5  * 
 6  * 优点：单例模式中最简单，线程安全
 7  */
 8 public class Singleton1 {
 9 
10     // 私有化构造方法，防止客户端程序员new对象
11     private Singleton1() {
12     }
13 
14     // 静态初始化，产生唯一实例
15     private static Singleton1 singleton = new Singleton1();
16 
17     // 返回实例方法
18     public static Singleton1 getInstance() {
19         return singleton;
20     }
21 
22 }

多线程下安全，那么就肯定是安全的了，所以特意写了个多线程测试类（线程类我也防止这个类代码里了）

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 public class Test {
 4 
 5     public static void main(String[] args) {
 6         
 7         ThreadTest[] tt = new ThreadTest[10];  
 8         for(int i = 0 ; i < tt.length ; i++){  
 9             tt[i] = new ThreadTest();
10         }  
11           
12         for (int j = 0; j < tt.length; j++) {  
13             (tt[j]).start();  
14         }  
15     }
16 }
17 
18 class ThreadTest extends Thread{
19 
20     @Override
21     public void run() {
22         //打印实例返回实例的hashcode
23         System.out.println(Singleton1.getInstance().hashCode());
24     }
25 
26 }

输出：

由此可证，饿汉式单例模式只产生了一个实例且线程安全、简单易懂的。

懒汉式：

懒汉式的实现分为线程安全和不安全的情况，所以有几种实现方式，以下分别写出并测试：

1）普通【不推荐：thread unsafe】：

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 /**
 4  * 单例模式：懒汉式
 5  * 
 6  * 原始版懒汉式
 7  * 优点：所谓的省内存，没有在初始化这个类的同时初始化这个成员
 8  * 缺点：多线程不安全，多个线程第一次访问这个方法，当时singleton没有初始化，那么都会去new一个对象
 9  *              这样就没有满足单例
10  */
11 public class Singleton2 {
12 
13     private Singleton2(){}
14     private volatile static Singleton2 singleton; //volatile关键字刷新缓存
15     public static Singleton2 getInstance(){
16         if(singleton == null){
17             try {
18                 //当前线程睡眠，测试结果更明显
19                 Thread.sleep(300);
20             } catch (InterruptedException e) {
21                 e.printStackTrace();
22             }
23             singleton = new Singleton2();
24         }
25         return singleton;
26     }
27 }

修改ThreadTest中run方法中的Singleton1改为Singleton2，测试输出：

2）同步方法实现【不推荐：speed slow】

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 /**
 4  * 单例模式：懒汉式
 5  * 
 6  * 同步方法方式解决多线程访问问题
 7  * 优点：线程安全
 8  * 缺点：线程虽然安全了，但是多线程情况下，同步方法会导致阻塞，影响其他线程的速度
 9  */
10 public class Singleton3 {
11 
12     private Singleton3(){}
13     private static Singleton3 singleton;
14     public static synchronized Singleton3 getInstance(){
15         if(singleton == null){
16             try {
17                 //当前线程睡眠，测试结果更明显
18                 Thread.sleep(300);
19             } catch (InterruptedException e) {
20                 e.printStackTrace();
21             }
22             singleton = new Singleton3();
23         }
24         return singleton;
25     }
26     
27 }

修改ThreadTest中run方法中的Singleton2改为Singleton3，测试输出：

3）三检查方式【推荐：lazy load & thread safe】

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 /**
 4  * 单例模式：懒汉式
 5  * 
 6  * 使用三检查方式
 7  * 优点：解决了多线程访问问题，同时也解决了效率问题
 8  * 缺点：代码可读性差
 9  */
10 public class Singleton4 {
11 
12     private Singleton4 (){}
13     private static Singleton4 singleton;
14     public static Singleton4 getInstance(){
15         if(singleton == null){ //判断，只有该对象还没有初始化的时候，才会进入
16             //同步锁，保证只有一个线程进入
17             synchronized(Singleton4.class){
18                 //确保当前对象还没有被初始化，才去初始化
19                 if(singleton == null){
20                     try {
21                         //当前线程睡眠，测试结果更明显
22                         Thread.sleep(300);
23                     } catch (InterruptedException e) {
24                         e.printStackTrace();
25                     }
26                     singleton = new Singleton4();
27                 }
28             }
29         }
30         return singleton;
31     }
32 }

修改ThreadTest中run方法中的Singleton3改为Singleton4，测试输出：

4）静态内部类方式【不推荐：代码可读性差】

 1 package com.mi.singleton;
 2 
 3 /**
 4  * 单例模式：懒汉式
 5  * 
 6  * 静态内部类的实现 优点：解决了多线程的安全问题 缺点：代码可读性不好
 7  * 评价：该方法使用了静态内部类的初始化时机来初始化内部类中的对象，
 8  *               感觉相当于饿汉式，而且 代码看起来简单，其实更麻烦了，可读性差，比较投机取巧
 9  */
10 public class Singleton5 {
11 
12     private Singleton5() {
13     }
14 
15     private static class InnerClass {
16         private static Singleton5 singleton = new Singleton5();
17     }
18 
19     public static Singleton5 getInstance() {
20         return InnerClass.singleton;
21     }
22 
23 }

修改ThreadTest中run方法中的Singleton4改为Singleton5，测试输出：

总结：

懒汉式、饿汉式区别：懒汉式是有需要的时候初始化对象（个人认为内部类方式应该算在饿汉式中），而饿汉式是加载类的同时初始化对象

纯粹的懒汉式会导致并发访问的时候，出现初始化多次的问题，针对这个问题的解决方案有以下几种：

三检查：在获取对象方法中先判断是否为空，在if判断内部加入同步块，在同步块中继续判断是否为空，为空则初始化对象返回，缺点：麻烦，代码可读性差
同步获取实例方法：将获取实例方法同步，虽然解决了并发访问的问题，但效率偏低，每一次调用都要同步阻塞等待锁释放
静态内部类初始化：静态内部类会在类加载的顺序初始化该类中的成员变量（该实例），这样一来，的确可以获取到实例并避免了初始化多个对象的问题，基本等同饿汉式，缺点是代码可读性最差