单例模式及应用

开篇

        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。

介绍

• 意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
• 主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
• 何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
• 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。
• 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。

单例模式的几种实现方式

懒汉式，线程不安全

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：否
• 实现难度：易
• 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。

实例

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

懒汉式，线程安全

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：易
• 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）。

实例

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

饿汉式

• 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 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 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 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

实例

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

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

• JDK 版本：JDK1.5 起
• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：较复杂
• 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。

实例

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

登记式/静态内部类

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：一般
• 描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

  实例

  public class Singleton {  
      private static class SingletonHolder {  
      private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
      }  
      private Singleton (){}  
      public static final Singleton getInstance() {  
      return SingletonHolder.INSTANCE;  
      }  
  }

  
  

  枚举

• JDK 版本：JDK1.5 起
• 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() {  
      }  
  }

  
  

  总结

          一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

  
  

  应用

线程池-单例模式

• 意图：一个程序一般一个线程池就足以运行，所以采用单例模式来使线程池具有唯一性。
• 使用模式：单例模式 - 饿汉式

实例

public class ThreadPoolUtils {  
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();  
    private ThreadPoolUtils (){}     //私有属性无参构造
    public static ExecutorService getThreadPool() {
		return threadPool;
	}  
}

jdbc工具类-单例模式

• 意图：封装一个简单的jdbc工具类
• 使用模式：单例模式 - 双检锁/双重校验锁（DCL）

实例

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;


/**
 * jdbc
 */
public final class JdbcUtilsing {
    private volatile static JdbcUtilsing instance;
    // 常量值
    private  String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/text2";
    private  String user = "root";
    private  String password = "root";

    // 让构造函数为private,这样该类就不会被实例化,使用单例模式创建对象
    private JdbcUtilsing() {
    }

    public static JdbcUtilsing getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (JdbcUtilsing.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new JdbcUtilsing();
                }
            }
        }
        //实例化jdbc工具类
        return instance;
    }

    // 静态代码块，初始化一次,用于注册驱动
    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
            //注册jdbc驱动
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError();
        }
    }

    // 获取数据库连接
    public  Connection getConnection(){
        Connection conn = null;
        try {
            conn=DriverManager.getConnection(url, user, password);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return conn;
    }

    // 释放资源
    public  void free(ResultSet rs, Statement st, Connection conn) {
        try {
            if (rs != null)
                rs.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (st != null)
                    st.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                try {
                    if (conn != null)
                        conn.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

}

注

• 参考资料：菜鸟教程（点我进入）

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