Java设计模式——单例模式

T初唐四杰

已于 2023-07-22 11:21:34 修改

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分类专栏： java 文章标签： java 设计模式单例模式

于 2023-07-13 19:51:09 首次发布

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文章介绍了Java设计模式中的单例模式，包括饿汉式和懒汉式的实现方式。饿汉式在类加载时创建实例，保证线程安全但可能造成内存浪费；懒汉式在首次使用时创建实例，但在多线程环境下可能不安全。为解决懒汉式的线程安全问题，文章提到了双重检查锁模式，通过添加volatile关键字来保证可见性和有序性，实现线程安全的单例模式。

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一、概念

单例模式是Java中最简单的设计模式之一，用于确保一个类只能创建一个对象实例，而且自行实例化并提供了一个全局访问点来获取该实例。

在单例模式中主要分为两类，分别是懒汉式和饿汉式：

1.懒汉式：在程序调用时才创建实例
2.饿汉式：在程序加载时就创建好实例，等待被调用

通常，单例模式的实现中包含以下三个关键元素：

私有的构造函数：将类的构造函数设置为私有，以防止从外部直接实例化对象。
静态成员变量：在类中定义一个静态成员变量，用于存储唯一的实例对象。
静态方法或函数：提供一个静态方法（通常命名为getInstance），用于获取类的唯一实例。该方法会检查静态成员变量，如果不存在实例，则创建一个新的实例并存储在静态成员变量中，然后返回该实例。

二、单例模式的实现

1、饿汉式

在类加载的时候就进行了实例化，会一直在内存中。存在问题：如果一直不去用，该对象仍在，会存在内存浪费问题。

class HungryPerson{
	//一开始就在该类中创建一个该类的对象供外界去使用
	private static HungryPerson  hungryPerson=new HungryPerson();
	
	private HungryPerson (){}//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
	//提供一个公共的访问方式，让外界获取hungryPerson对象
	public static HungryPerson getInstance(){
		return hungryPerson;
	}
	
}
public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
    	//获取单例类的对象，因为对象私有，只能通过方法去获取
    	HungryPerson instance= HungryPerson.getInstance();
    	//为了验证单例类的对象是否一直存在且为同一个对象，再获取一次对象。
    	HungryPerson instance1= HungryPerson.getInstance();
    	System.out.println(instance.equals(instance1));//输出true,即为同一个对象
    	
    }
}

2、懒汉式

在类加载的时候不进行实例化，在第一次使用的时候再进行实例化。存在问题：线程安全问题

2.1、线程不安全的情况下：

class HungryPerson{
	//一开始就在该类中创建一个该类的对象供外界去使用
	private static HungryPerson  hungryPerson;
	
	private HungryPerson (){}//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
	//提供一个公共的访问方式，让外界获取hungryPerson对象
	public static HungryPerson getInstance(){
		//判断hungryPerson是否为null,如果为null,说明还没有创建HungryPerson类的对象
        //如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回
        //线程不安全，多线程下会创建多个对象
		if(hungryPerson == null) {
			hungryPerson = new HungryPerson();
		}
		return hungryPerson;
	}
}
public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
    	//获取单例类的对象，因为对象私有，只能通过方法去获取
    	HungryPerson instance= HungryPerson.getInstance();
    	//为了验证单例类的对象是否一直存在且为同一个对象，再获取一次对象。
    	HungryPerson instance1= HungryPerson.getInstance();
    	System.out.println(instance.equals(instance1));//输出true,即为同一个对象
    	
    }
}

2.2、双重检查锁模式

为了解决懒汉式线程不安全问题，需要加锁，来防止它多次被实例化。双重检查锁模式解决了单例、性能、线程安全问题。但也有存在问题，在多线程情况下，可能会出现空指针问题，问题在于JVM在实例化对象时会进行优化和指令重排序操作。解决空指针问题只需使用volatile关键字，volatile可以保证可见性和有序性。因此使用双重检查锁进行初始化的实例必须使用Volatile关键字修饰。

class HungryPerson{
	//一开始就在该类中创建一个该类的对象供外界去使用
	private volatile static HungryPerson  hungryPerson;
	
	private HungryPerson (){}//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象
	//提供一个公共的访问方式，让外界获取hungryPerson对象
	public static HungryPerson getInstance(){
		//第一次判断,如果hungryPerson不为null,不需要抢占锁，直接返回对象
		if(hungryPerson == null) {
			synchronized (HungryPerson.class) {
				//第二次判断hungryPerson是否为null,如果为null,说明还没有创建HungryPerson类的对象
				if(hungryPerson==null) {
					hungryPerson =new HungryPerson();
				}
			}
		}
		return hungryPerson;
	}
}
public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
    	//获取单例类的对象，因为对象私有，只能通过方法去获取
    	HungryPerson instance= HungryPerson.getInstance();
    	//为了验证单例类的对象是否一直存在且为同一个对象，再获取一次对象。
    	HungryPerson instance1= HungryPerson.getInstance();
    	System.out.println(instance.equals(instance1));//输出true,即为同一个对象
    	
    }
}