设计模式——单例模式

最新推荐文章于 2024-08-22 00:23:00 发布

雪子

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分类专栏： java设计模式文章标签： java设计模式

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设计模式包括三大类

创建型模式（主要用来建立对象）

单例模式工厂模式抽象工厂模式建造者模式原型模式

结构型模式

适配器模式桥接模式装饰模式组合模式外观模式享元模式代理模式

行为型模式

模板方法模式命令模式迭代器模式观察者模式中介者模式备忘录模式解释器模式状态模式策略模式职责连模式访问者模式

首先来说单例模式

核心作用：保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点

单例模式的常见应用场景：

Windows的任务管理器以及回收站

项目中，读取配置文件的类，一般也只有一个对象。没有必要每次使用配置文件数据，每次new一个对象去读取

网站的计数器，也是采用单例模式实现。否则难以同步。

应用程序的日志应用，一般都采用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加

数据库连接池的设计一般采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源

操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统

Application也是典型的单例应用

Spring中每个bean默认是单例（singleton）的

在SpringMVC/Struts1框架中，控制器对象也是单例的

单例模式的优点：

由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开支，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置，产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻扎内存的方式来解决

单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理

常见的五种单例模式及实现方式：

主要：：

饿汉式：（线程安全，效率高，但是，不能延时加载）

懒汉式：（线程安全，效率相对不高，但是，可以延时加载）

其他：

双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不建议使用）

静态内部类式（线程安全，效率高，可以延时加载）

枚举单例（线程安全，效率高，不能延时加载）

饿汉式实现：

1.构造方法私有

2.定义一个私有静态变量，并通过私有构造方法创建对象

3.定义一个public的静态方法，返回静态变量的值

public class SingletonHungry {

    //构造方法私有化
    private SingletonHungry (){}

    //定义一个私有静态变量，获取私有构造方法 饿汉式 很饥饿 类初始化时立即加载对象（没有延时加载的优势）
    //类加载的时候 是线程安全的 如果没有使用该类 但已经在初始化的时候加载了 浪费资源 饿汉式的缺点
    private static SingletonHungry instance= new SingletonHungry ();

    //定义一个public方法，返回静态变量的值 方法没有同步效率高
    public static SingletonHungry getInstance(){

        return instance;
    }
}

饿汉式单例模式中，static变量会在类装载时初始化，此时也不会涉及多个线程对象访问该对象的问题。虚拟机保证只会装载一次该类，肯定不会发生并发访问的问题。因此可以省略synchronized关键字

类初始化的时候就会创建对象，如果未使用该对象会造成资源的浪费真实由于创建对象时机很快所以叫饿汉式

调用效率很频繁的时候用饿汉式类创建对象的成本很高的话用懒汉式

懒汉式（单例对象延迟加载）

实现：

1.构造方法私有化

2.定义一个私有静态变量

3.定义一个public的是static方法，在该方法被调用时再去创建对象并赋值给私有静态变量并返回该私有变量

public class SingletonLazy {

    //构造方法私有化
    private SingletonLazy(){}

    //定义一个私有静态变量，不初始化这个对象(延时加载，用的时候在创建)
    private static SingletonLazy instance;
 
    //定义一个public方法，在该方法被调用时再去创建对象并赋值给私有静态变量 并返回该变量 调用时才创建对象，所以需要加同步
    public static synchronized SingletonLazy getInstance(){

        if(null == instance){
            instance= new SingletonLazy ();
        }
        return instance;
    }
}

2.定义

要点：延迟加载，在真正需要的时候才加载

缺点：资源利用率高了。但是，每次调用getInstance()方法都要同步，并发效率低

为了综合弥补懒汉和饿汉的缺陷，讲一下另外一些单例模式

双重检测锁实现

这个模式将同步内容下放到if内部，提高了执行的效率，不必每次获取对象时都进行同步（对懒汉式缺点的优化），只在第一次访问的时候才同步，以后访问就不用进行同步

代码实现：

public class SingletonDoubbleKey {

    //构造方法私有化
    private SingletonDoubbleKey (){}
 
    //定义一个私有静态变量  volatile防止指令重排
    private static volatile SingletonDoubbleKey instance;
 
    public static  SingletonDoubbleKey getInstance(){

        if(null == instance){
            synchronized(SingletonDoubbleKey.class){//将synchronized放到if里
                if(null == instance){//双重检测
                    instance = new SingletonDoubbleKey();                    
                }
            }
           
        }

        return instance;
    }
}

由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不建议使用。所以了解即可

静态内部类实现方式（也是一种懒加载方式）

实现代码：

public class SingletonDemo4 {

    //构造方法私有化
    private SingletonDemo4(){}

    //定义私有静态内部类
    private static class Singleton{

        private static final SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }
 
    public static  SingletonDemo4 getInstance(){

        return Singleton.instance;
    }
}

要点：

外部类没有static属性，不会像饿汉式那样立即加载对象

只有真正调用getInstance()方法，才会加载静态内部类。加载类时是线程安全的。instance是static final类型，保证了内存中只有这样一个实例存在，而且只能被赋值一次，从而保证了线程安全

兼备了并发高效调用和延迟加载的优势

使用枚举实现单例模式

代码实现：

public enum SingletonDemo5 {

    //定义一个枚举的元素，它代表了一个singleton的一个实例
    INSTANCE;

    /**
    * 单例可以有自己的操作
    */
    public void operation(){
    //功能处理
    }
}

优点:

实现简单

枚举本身就是单例模式。由JVM从根本上提供保证，避免通过反射和反序列化的漏洞

缺点：

无延迟加载

总结：

单例模式实现

主要：

饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延迟加载）

懒汉式（线程安全，调用效率不高，同步方法需要等待，可以延迟加载）

其他：

双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不推荐使用）