51工具盒子一、背景 {#一、背景}
没有太多原由，纯粹是记录和总结自己从业以来经历和学习的点点滴滴。
本篇内容为 Java 设计模式系列的第一篇。
二、简单介绍 {#二、简单介绍}
2.1 定义 {#2.1-定义}
单例模式是一种对象创建型模式，保证一个类只有一个实例，并且提供能对该实例加以访问的全局方法。
2.2 应用场景 {#2.2-应用场景}
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操作系统的任务管理器
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读取配置文件的类
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数据库连接池
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Javaweb 中的 Servlet 实例
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Spring 创建的实例，默认为单例
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三、实现方式 {#三、实现方式}
常用的实现方式有饿汉式、懒汉式和枚举类。
本篇文章主要讲饿汉式和懒汉式的单例模式。
共同点：将构造方法私有化，并且提供一个公共的方法访问该类的实例对象。
我们以任务管理器为例进行演示。
3.1 饿汉式 {#3.1-饿汉式}
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| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class TaskManager { private static TaskManager tm = new TaskManager(); private TaskManager() { } public static TaskManager getInstance() { return tm; } } |
优点：线程安全，不用加同步锁，因此在高并发时调用效率高。
缺点：不能懒加载，如果不使用该类的实例，浪费内存资源。
3.2 懒汉式 {#3.2-懒汉式}
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| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | public class TaskManager { private static TaskManager tm; private TaskManager() { } public static synchronized TaskManager getInstance() { if (tm == null) { tm = new TaskManager(); } return tm; } } |
优点：实现懒加载，合理利用系统资源。
缺点：需要添加同步锁，高并发时调用效率不高。
注意点：上边的懒汉式可以通过反射机制创建多个实例。
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| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { Class<?> clazz = Class.forName("com.light.gof.singleton.TaskManager"); Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null); // 跳过检测机制 constructor.setAccessible(true); TaskManager tm1 = (TaskManager) constructor.newInstance(); TaskManager tm2 = (TaskManager) constructor.newInstance(); System.out.println(tm1 == tm2);// 结果返回 false } } |
3.3 优化方式 {#3.3-优化方式}
将饿汉式和懒汉式的优点集中起来。
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| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | public class TaskManager { private TaskManager() { } private static class InnerTaskManager { private static final TaskManager tm = new TaskManager(); } public static TaskManager getInstance() { return InnerTaskManager.tm; } } |
外部类没有静态属性，因此不会像饿汉式立即加载对象。
只有当调用公共方法（getInstance）时，才会加载静态内部类。加载内部类的过程是线程安全的。
内部类中通过 static final 确保内存中只有一个外部类的实例，因为实例变量（tm）只能被赋值一次。
四、UML 类图 {#四、UML-类图}
类图表现如下：
五、性能比较 {#五、性能比较}
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| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 | public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程数 int num = 10; // 计数器 CountDownLatch cd = new CountDownLatch(num); long t1 = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < num; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10000; i++) { // 此处替换不同实现方式的单例代码进行测试 TaskManager tm = TaskManager.getInstance(); } cd.countDown(); } }).start(); } // 主线程等待 cd.await(); System.out.println("耗时：" + (System.currentTimeMillis() - t1) + "ms"); } } |
测试结果：
| 实现方式 | 耗时 | |-------|------| | 饿汉式 | 3ms | | 懒汉式 | 12ms | | 内部类方式 | 4ms |
测试结果是相对的，硬件配置不同，测试结果不同，但是对于这个 3 种实现方式，它们的用时比例应该大致相同。
