java 单例模式

2024-04-14 14:40 由 zy平平仄仄发表于 #软件设计

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。目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这样做可以节省系统资源，并且保证某些类在系统中只存在一个实例。

　　主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

　　如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

　　关键代码：构造函数是私有的（private关键字）

　　缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

　　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。

　　类型：单例模式可以分为几种类型，包括饿汉式，懒汉式，登记式。饿汉式单例在类加载时就创建实例，而懒汉式单例则在首次使用时创建实例。这两种实现方式都需要考虑线程安全问题。

　　多线程情况下： 双重检查锁定（double-checked locking）是一种常用的实现线程安全单例的方法。

======================================================== 以上八股文来源网上乱查的 ================================================================================================

举个简单小例子： 在使用数据库时，首先要获取 jdbc 链接，然后进行增删改查操作，每次增加操作，删除操作，查询和修改操作时，都要获取 jdbc 链接。

　　　　　　　　那么这个时候，只保存一个 jdbc链接在系统中，每次操作数据库时使用创建好的JDBC 链接就不需要每次操作都创建了

代码：

/**
 * 饿汉式
 */
public class SingletonJDBC {
    private static SingletonJDBC instance = new SingletonJDBC();
    private SingletonJDBC(){}
    public static SingletonJDBC getInstance(){
        return instance;
    }
    public void JdbcMessage(){
        System.out.println(" JDBC://XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX  ");
    }
}

public static void main(String[] args) {
　　//SingletonJDBC jdbc = new SingletonJDBC();
   SingletonJDBC singletonJDBC = SingletonJDBC.getInstance();
   singletonJDBC.JdbcMessage();
}

标红地方会报如下错误，private

以上代码使用了static 关键字（static 当Java虚拟机（JVM）加载类时，就会执行该代码块），加载的时候就将 jdbc 给创建好了，可是，在这个时候不操作数据库，那么就不应该加载，在使用的时候再加载（懒汉式出现 lazy loading）

代码：

/**
 * 懒汉汉式 lazy loading
 */
public class SingletonJDBC {
    private static SingletonJDBC instance;
    private SingletonJDBC(){}
    public static SingletonJDBC getInstance(){
        if (null == instance){
            instance = new SingletonJDBC();
        }
        return instance;
    }
    public void JdbcMessage(){
        System.out.println(" JDBC://XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX  ");
    }
}

出现问题了，在使用数据库的时候，多个地方同时（多线程）需要jdbc 链接，那么当第一个使用者来的时候，走到了 null == instance 的时候，第二个使用者来了，也是空，那么它们创建的就不是一个相同的 SingletonJDBC 了！！

验证一下

private static SingletonJDBC instance;
    private SingletonJDBC(){}
    public static SingletonJDBC getInstance(){
        if (null == instance){
            try {
                Thread.sleep(10);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            instance = new SingletonJDBC();
        }
        return instance;
    }
    public void JdbcMessage(){
        System.out.println(" JDBC://XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX  ");
    }
}
public static void main(String[] args) {
   for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(() -> {
                SingletonJDBC singletonJDBC = SingletonJDBC.getInstance();
                singletonJDBC.JdbcMessage();
                System.out.println(singletonJDBC.hashCode());
            }).start();
    }
 }

结果：

这些 hashCode 不对，不是一个（又增加了多余的开销，如果是业务中的唯一数据，这不就出问题了么）

修改一下加个 synchronized，代码如下

    public static synchronized SingletonJDBC getInstance(){
        if (null == instance){
            try {
                Thread.sleep(10);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            instance = new SingletonJDBC();
        }
        return instance;
    }

结果：完美解决问题（但是，加了synchronized 是锁住了 SingletonJDBC 整个对象，每次过来要判断锁的情况，效率又低了【如果是上千万数据交换】）

修改一下（双重检查），代码如下 （ volatile 关键字）

public class SingletonJDBC {
    private static volatile SingletonJDBC instance;
    private SingletonJDBC() {
    }
    public static SingletonJDBC getInstance() {
        if (null == instance) {
            synchronized (SingletonJDBC.class) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (null == instance) {
                    instance = new SingletonJDBC();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public void JdbcMessage() {
        System.out.println(" JDBC://XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX  ");
    }
}

代码复杂，效果不是很理想，修改一下，（登记式/静态内部类）

/**
 * 登记式/静态内部类
 */
public class SingletonJDBC {
    private SingletonJDBC() {
    }
    private static class SingletonJDBCHolder {
        private static final SingletonJDBC INSTANCE = new SingletonJDBC();
    }
    public static SingletonJDBC getInstance() {
        return SingletonJDBCHolder.INSTANCE;
    }
    public void JdbcMessage() {
        System.out.println(" JDBC://XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX  ");
    }
}

说明：在类加载时候，是不会加载静态内部类的，只有当调用 getInstance 方法时候，会显式装载 SingletonJDBCHolder 。这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程。

结合上篇文章，（工厂模式 + 单例模式）可以简单的设计一个数据库链接复用代码

=============================================================== 收工====================================================================

补充以下内容来源 ==============================菜鸟教程=================================

枚举

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

实例

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

经验之谈：一般情况下，不建议使用懒汉方式，建议使用（登记式/静态内部类），如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双检锁方式。

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