GOF23设计模式之单例模式

最新推荐文章于 2023-06-17 09:44:33 发布

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本文深入探讨了单例设计模式的核心作用及其多种实现方式，包括饿汉式、懒汉式、静态内部类等，并分析了各自的优缺点及适用场景。

单例设计模式

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

常见应用场景：

windows的任务管理器
网站的计数器
Spring中，每个Bean默认就是单例的
等等

单例模式的优点：

由于单例设计模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他以来对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决
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实现方式：

主要：
- 懒汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延时加载。）
- 饿汉式（线程安全，调用效率不高。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，调用效率高，但是，可以延时加载）
- 枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延时加载）

饿汉式实现（单例对象立即加载）

public class SingletonDemo02{
        private static /*final*/ SingletonDemo02 s = new SingletonDemo02();
        private SingletonDemo02(){} //私有化构造器
        public static /*synchronized*/ DingletonDemo02 getInstance(){
            return s;
        }
    }


public class Client{
    public static void main(String[] args){
        SingletonDemo02 s = SingletonDemo02.getInstance();
        SingletonDemo02 s2 = SingletonDemo02.getInstance();
        System.out.println(s==s2); //结果为true
    }
}

饿汉式单例模式代码中，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问题。因此，可以省略synchronized 关键字
问题：如果只是加载本类，而不是要调用getInstance(), 甚至永远没有调用，则会造成资源浪费！

懒汉式实现（单例对象延迟加载）

public class SingletonDemo02{
    private static SingletonDemo02 s;

    private SingletonDemo01(){} //私有化构造器

    public static synchronized SingletonDemo02 getInstance(){
        if(s==null){
            s = new SingletonDemo02();
        }
        return s;
    }
}

要点：
- lazy load！延迟加载，懒加载！真正用的时候才去加载！
问题：
- 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。

双重检测锁实现

public class SingletonDemo03{
    private static SingeltonDemo03 instance = null;
    public static SingeltonDemo03 getInstance(){
        if(instance == null){
            SingletonDemo03 sc;
            synchronized(SingletonDemo03.class){
                sc = instance;
                if(sc == null){
                    synchronized(SingletonDemo03.class){
                        if(sc == null){
                            sc = new SingletonDemo03();
                        }
                    }
                    instance = sc;
                }
            }
        }
        reutrn instance;
    }
    private SingletonDemo03(){
    }
}

这个模式将同步内容下发到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，只有第一次才同步创建了以后就没必要了。
问题：
- 由于编译器优化原因和JVM底层内部模型的原因，偶尔会出问题，不建议使用

静态内部类实现方式（也是一种懒加载方式）

public class SingletonDemo04{
    private static class SingletonClassInstance{
        private static final SingletonDemo04 instance = new SingletonDemo04();
    }
    public static SingletonDemo04 getInstance(){
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
    private SingletonDemo04(){
    }
}

要点：
- 外部类没有static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象
- 只有真正调用getInstance(), 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性。
- 兼备了并发高效性和延迟加载优势！

用枚举实现单例模式

public enum SingletonDemo05{
    /**
    * 定义一个枚举的元素，它就代表了Singleton的一个实例
    **/
    INSTANCE;
    /**
    * 单例可以有自己的操作
    **/
    public static void singletonOperation(){
        //功能处理
    }
}

public static void mian(String[] args){
    SingletonDemo05 sd = SingletonDemo05.INSTANCE;
    SingletonDemo05 sd2 = SingletonDemo05.INSTANCE;
    System.out.println(sd==sd2);
}