单例设计模式的几种实现方式

单例设计模式

一个类在任何情况下都绝对只有一个实例
提供全局访问点
例如ServletContext、ServletContextConfig、ApplicationContext，数据库连接池。

1、饿汉式单例

类加载时，即初始化，并且创建单例对象。

适用于单例较少的情况

SpringIoC容器ApplicationContext就是典型的饿汉单例模式。

优点：

因为在线程还没出现时就创建了对象，所以是

线程安全

的；
没有加锁，执行效率高

缺点：

运行期间一直占用内存，不使用时浪费内存。

实现饿汉单例

实现一：

public class HungrySingleton {
    //先静态、后动态
    //先属性，后方法
    //先上后下
    private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {
    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }
}

实现二：

public class HungrySingleton {
    private static HungrySingleton hungrySingleton;
    static {
        hungrySingleton =  new HungrySingleton();
    }
    private HungrySingleton(){};
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }
}

2、懒汉式单例模式

不是线程安全的
被外部类调用时内部类才会加载

public class LazySimpleSingleton {
    private static LazySimpleSingleton lazySimpleSingleton = null;
    private LazySimpleSingleton() {
    }
    public static LazySimpleSingleton getInstance(){
        if(lazySimpleSingleton==null) lazySimpleSingleton=new LazySimpleSingleton();
        return lazySimpleSingleton;
    }

}

方法一：

注：线程状态下可能会得到两个不相同的实例，需要在getInstance（）方法加上synchronized

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

}

方法二：

上述方法仍存在问题，加锁之后线程多了会对CPU造成压力，使用双重检查锁

不对整个类上锁，而只是针对getInstance（）方法，增加了性能。

package com.sy.day2.t5;

public class LazySimpleSingleton {
    private static LazySimpleSingleton lazySimpleSingleton = null;
    public LazySimpleSingleton() {
    }
    public static LazySimpleSingleton getInstance(){
        if(lazySimpleSingleton==null) {
            synchronized (LazySimpleSingleton.class){
                if(lazySimpleSingleton==null) lazySimpleSingleton=new LazySimpleSingleton();
            }

        }
        return lazySimpleSingleton;
    }

}

方法三：

使用内部类初始化解决

//这种形式兼顾饿汉式单例模式的内存浪费问题和synchronized的性能问题
//完美屏蔽了这两个缺点
public class LazyInnerClassSingleton {
    //使用LazyInnerClassGeneral的时候，默认会先初始化内部类
    //如果没使用，则内部类时不加载的

    private LazyInnerClassSingleton() {
    }
    //static是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被覆写、重载
    public static final LazyInnerClassSingleton getInstance(){
        //在返回结果以前，一定会先加载内部类
        return LazyHolder.LAZY;
    }
    //默认不加载
    private static class LazyHolder{
        private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton();
    }
}

3、反射破坏单例模式

通过反射机制可以得到一个新的实例，这样就破坏了单例模式的概念。

测试问题：

package com.sy.day2.t5;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class LazyInnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz = LazyInnerClassSingleton.class;
            //通过反射获取私有的构造方法
            Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
            //强制访问
            c.setAccessible(true);
            //暴力初始化
            Object o1 = c.newInstance();
            //调用了两次构造方法，相当于“new”了两次
            Object o2 = c.newInstance();
            System.out.println(o1==o2);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

解决

：在构造方法中加入逻辑判断，单例对象为空时抛出异常

package com.sy.day2.t5;
//这种形式兼顾饿汉式单例模式的内存浪费问题和synchronized的性能问题
//完美屏蔽了这两个缺点
public class LazyInnerClassSingleton {
    //使用LazyInnerClassGeneral的时候，默认会先初始化内部类
    //如果没使用，则内部类时不加载的

    private LazyInnerClassSingleton() {
        if(LazyHolder.LAZY!=null){
            throw new RuntimeException("不允许创建多个实例");
        }
    }
    //static是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被覆写、重载
    public static final LazyInnerClassSingleton getInstance(){
        //在返回结果以前，一定会先加载内部类
        return LazyHolder.LAZY;
    }
    //默认不加载
    private static class LazyHolder{
        private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton();
    }
}

4、反序列化破坏单例模式

问题

：对象序列化存入磁盘后，下次进行反序列化时，如果不加限制反序列化所得到的对象与当前对象并不相同，违背了单例设计模式。

测试：

package com.sy.day2.t5;

import java.io.Serializable;

public class SeriableSingleton implements Serializable {
    //序列化就是把内存中的状态通过转换成字节码的形式
    //从而转换一个I/O流，写入其他地方（可以是磁盘，网络I/O）
    //内存中的状态持久化

    //反序列化就是将持久化的字节码内容转换成I/O流
    //通过I/O流的读取，进而将读取的内容转换为Java对象
    //转换过程中会重新创建对象（相当于重新new一个对象）
    public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();

    private SeriableSingleton() {}
    public static SeriableSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

package com.sy.day2.t5;

import java.io.*;

public class SeriableSingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        SeriableSingleton s1 = null;
        SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(s2);
            oos.flush();
            oos.close();

            FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            s1 = (SeriableSingleton) ois.readObject();
            ois.close();

            System.out.println(s1);
            System.out.println(s2);
            System.out.println(s1==s2);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

解决

：实现Serializable接口，增加readResolve方法

package com.sy.day2.t5;

import java.io.Serializable;

public class SeriableSingleton implements Serializable {
    //序列化就是把内存中的状态通过转换成字节码的形式
    //从而转换一个I/O流，写入其他地方（可以是磁盘，网络I/O）
    //内存中的状态持久化

    //反序列化就是将持久化的字节码内容转换成I/O流
    //通过I/O流的读取，进而将读取的内容转换为Java对象
    //转换过程中会重新创建对象
    public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();

    private SeriableSingleton() {}
    public static SeriableSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
    private  Object readResolve(){
        return INSTANCE;
    }
}

注：虽然解决了单例设计模式被破坏的问题，但实际上是实例化了两次，只是readResolve方法覆盖了第一次的对象。

5、注册式单例设计模式

实现一、枚举式

将每一个实例都登记到一个地方，以唯一标识符获取
分两种模式：①枚举式单例 ②容器里式单例

枚举单例模式，由于枚举在JDK语法的特殊性及反射为枚举做的保护。使得枚举单例做为推荐的单例实现方法。

public enum  EnumSingleton {
    INSTANCE;
    private Object data;
    private Object getData() {
        return data;
    }
    public void setData(Object data){
        this.data = data;
    }
    public static EnumSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

实现二、容器式单例

使用广泛，但非线程安全。

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ContainerSingleton {
    private ContainerSingleton(){}
    private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String,Object>();
    private static Object getBean(String className){
        synchronized (ioc){
            if(!ioc.containsKey(className)){
                Object obj = null;
                try {
                    obj = Class.forName(className).newInstance();
                    ioc.put(className,obj);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return obj;
            }else {
                return ioc.get(className);
            }
        }
    }
}

6、线程单例实现ThreadLocal

不保证其全局唯一，但保证在单个线程中是唯一的，天生线程安全。
如何实现：ThreadLocal将所有对象放入ThreadLocalMap中，为

每个线程提供一个对象

，

以空间换时间

。

public class ThreadLocalSingleton {
    //将实例对象放入ThreadLocal对象中，外部取时通过ThreadLocal对象获得。
    private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocalInstance =
            new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
                @Override
                protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
                    return new ThreadLocalSingleton();
                }
            };

    private ThreadLocalSingleton() {}
    
    public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
        return threadLocalInstance.get();
    }
}

原文链接：https://blog.csdn.net/relosy/article/details/116133415