单例模式

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。

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

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。

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。

应用实例：

1、一个班级只有一个班主任。
2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

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。

使用场景：

1、要求生产唯一序列号。
2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

实现

我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo 类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

单例模式的 UML 图

步骤 1

创建一个 Singleton 类。

SingleObject.java

public class SingleObject { //创建 SingleObject 的一个对象 private static SingleObject instance = new SingleObject(); //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 private SingleObject(){} //获取唯一可用的对象 public static SingleObject getInstance(){ return instance; } public void showMessage(){ System.out.println("Hello World!"); } }

步骤 2

从 singleton 类获取唯一的对象。

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo { public static void main(String[] args) { //不合法的构造函数 //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的 //SingleObject object = new SingleObject(); //获取唯一可用的对象 SingleObject object = SingleObject.getInstance(); //显示消息 object.showMessage(); } }

步骤 3

执行程序，输出结果：

Hello World!

单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，如下所示：

1、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; } }

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2、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; } }

3、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 classloader 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 = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }

4、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; } }

5、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。
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，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

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; } }

6、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() { } }

经验之谈：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。

抽象工厂模式

建造者模式

9 篇笔记写笔记

#0
   呆的全世界疯狂
  197***4949@qq.com
89
懒汉式与饿汉式的根本区别在与是否在类内方法外创建自己的对象。

并且声明对象都需要私有化，构造方法都要私有化，这样外部才不能通过 new 对象的方式来访问。

饿汉式的话是声明并创建对象(因为他饿)，懒汉式的话只是声明对象，在调用该类的 getinstance() 方法时才会进行 new 对象。
呆的全世界疯狂
   呆的全世界疯狂
  197***4949@qq.com
6年前 (2018-09-10)

单例模式中的饿汉模式

class Singleton{
public static String a = "11";
private static byte[] bytes = new byte[100*88];

// 这句就是饿汉模式的核心
private static final Singleton singleton = new Singleton(); 

private Singleton() {}
public static Singleton getInstance(){
         return singleton;
     }
}

deed6年前 (2018-09-28)

反射机制破解单例模式（枚举除外）：

public class BreakSingleton{
    public static void main(String[] args) throw Exception{
        Class clazz = Class.forName("Singleton");
        Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);

        c.setAccessible(true);

        Singleton s1 = c.newInstance();
        Singleton s2 = c.newInstance();
        //通过反射，得到的两个不同对象
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
    }
}

如何避免以上的漏洞：

class Singleton{
    private static final Singleton singleton = new Singleton(); 
        private Singleton() {
        //在构造器中加个逻辑判断,多次调用抛出异常
        if(instance!= null){
            throw new RuntimeException()
        }
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

FingerTipDancer5年前 (2018-11-26)

反序列化机制破解单例模式（枚举除外）：

public class BreakSingleton{

  public static void main(String[] args) throws Exception{

     //先根据单例模式创建对象(单例模式所以s1,s2是一样的)
     Singleton s1=Singleton.getInstance();
     Singleton s2=Singleton.getInstance();

//将s1写入本地某个路径
     FileOutputStream fos=new FileOutputStream("本地某个路径下文件");
     ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(fos);
     oos.writeObject(s1);
     oos.close();
     fos.close();

//从本地某个路径读取写入的对象
     ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(new FileInputStream("和上面的本地参数路径相同"));
    Singleton s3=(Singleton) ois.readObject();
     System.out.println(s1);
     System.out.println(s2);
     System.out.println(s3);//s3是一个新对象
}
 
}

如何避免实现序列化单例模式的漏洞：

class Singleton implements Serializable{

  private static final Singleton singleton = new Singleton(); 

  private Singleton() {
  }
  public static Singleton getInstance(){
         return singleton;
  }
//反序列化定义该方法，则不需要创建新对象
  private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
    return singleton;
  }
}

FingerTipDancer5年前 (2018-11-26)

登记式单例模式是对一组单例模式进行的维护, 保证 map 中的对象是同一份 Spring 中使用的就是类似的模式:

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

public class RegisterSingleton {
    /** * 登记式单例模式, 保证map中的对象是同一份 */
    private static Map<String, Object> map;

    static {
        map = new ConcurrentHashMap<>();
        map.put(RegisterSingleton.class.getName(), new RegisterSingleton());
    }

    private RegisterSingleton() {
        System.out.println("this Constructor is called");
    }

    public static Object getInstance(String name) {
        if (name == null) {
            name = RegisterSingleton.class.getName();
        }
        if (map.get(name) == null) {
            try {
                map.put(name, Class.forName(name).newInstance());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return map.get(name);
    }
}

逆光影者5年前 (2018-11-28)

通过枚举创建单例模式：

public enum  EnumSingleton {
    INSTANCE;
    public EnumSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
public class User {
    //私有化构造函数
    private User(){ }
 
    //定义一个静态枚举类
    static enum SingletonEnum{
        //创建一个枚举对象，该对象天生为单例
        INSTANCE;
        private User user;
        //私有化枚举的构造函数
        private SingletonEnum(){
            user=new User();
        }
        public User getInstnce(){
            return user;
        }
    }
 
    //对外暴露一个获取User对象的静态方法
    public static User getInstance(){
        return SingletonEnum.INSTANCE.getInstnce();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String [] args){
        System.out.println(User.getInstance());
        System.out.println(User.getInstance());
        System.out.println(User.getInstance()==User.getInstance());
    }
}

// 结果为true

卡卡4年前 (2020-01-07)

其实还有一种饿汉模式的变种：

public class LazyModel {
    public final static LazyModel INSTANCE = new LazyModel();
    int age ;
    String name;
    private LazyModel(){}
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

在准备阶段 LazyModel 就已经完成创建，所以可以直接使用。

mcl4年前 (2020-04-02)

双检锁/双重校验锁，需要增加 volatile 关键字，禁止指令重排序：

public class Singleton{
  private static volatile Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
    // 判断对象是否以及实例化过，没有则进入加锁代码块，此处可能有多个线程同时进来，等待类对象锁
      synchronized(Singleton.class){
      // 获取类对象锁，其他线程在外等待，其他线程进来再次判断，如果对象实例化了，则不需要再实例化
        if(instance == null){
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

Bob4年前 (2020-08-06)

#0
RUNOOB
429***967@qq.com
0
在单例模式中，类负责创建自己的唯一实例，并确保在整个应用程序中只有一个实例存在。这通常是通过将类的构造函数设置为私有的来实现的，从而防止外部代码创建该类的实例。类提供一个静态方法或属性，允许其他对象访问该唯一实例。

下面是一个常见的单例模式的示例（使用懒汉式实现）：
```
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
```
在上面的示例中，Singleton 类的构造函数被设置为私有的，因此其他类无法直接实例化它。通过静态方法 getInstance()，我们可以获取 Singleton 类的唯一实例。在首次调用 getInstance() 方法时，会创建一个新的实例，而后续调用将返回该已创建的实例。

然而，上述示例的懒汉式实现存在线程安全性问题。如果多个线程同时调用 getInstance() 方法，可能会创建多个实例。为了解决这个问题，可以使用双重检查锁定或者静态内部类实现等线程安全的方式。

除了懒汉式，还有饿汉式、静态内部类、枚举等实现单例模式的方式。每种方式都有其优缺点，选择适合特定场景的实现方式很重要。

需要注意的是，单例模式在某些情况下可能会引入全局状态，使得代码难以测试和维护。因此，在使用单例模式时，需慎重考虑其对代码结构和可测试性的影响，确保其真正满足设计需求。
RUNOOB
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429***967@qq.com
10个月前 (07-11)

菜鸟教程 -- 学的不仅是技术，更是梦想！

设计模式其他

单例模式

介绍

实现

步骤 1

SingleObject.java

步骤 2

SingletonPatternDemo.java

步骤 3

单例模式的几种实现方式

1、懒汉式，线程不安全

实例

2、懒汉式，线程安全

实例

3、饿汉式

实例

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

实例

5、登记式/静态内部类

实例

6、枚举

实例

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单例模式

介绍

实现

步骤 1

SingleObject.java

步骤 2

SingletonPatternDemo.java

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单例模式的几种实现方式

1、懒汉式，线程不安全

实例

2、懒汉式，线程安全

实例

3、饿汉式

实例

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

实例

5、登记式/静态内部类

实例

6、枚举

实例

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