单例模式的优化(Singleton)

本文探讨了单例模式在多线程环境下可能出现的问题,并提出了三种优化方法。第一种是在getInitance()方法前加synchronized关键字,确保线程安全,但可能造成资源浪费。第二种是直接初始化singleton变量,避免多次实例化,但会占用额外内存。第三种是在检查singleton是否为null后,使用synchronized关键字,既保证线程安全又减少资源浪费。

单例模式代码

public class Singleton {
	static Singleton singleton;

	private Singleton() {
		
	}
	public static synchronized Singleton getInitance() {
		if(singleton == null) {                                        
			singleton = new Singleton();
		}
		return singleton;
	}
}

优化原因:多线程的情况下,上述单例模式会出错。例:当进程1执行到if(singleton == null)时,时间片到了。进程2进入程序判断singleton变量为空,进程2也会创建一个Singleton对象。所以出错

优化方法一: 将getInitance()方法设置为临界资源。即:在方法前面加上synchronized关键字,这样就能保证只有一个进程在临界区内。
但是这个方法的带来的缺点是开销大,资源浪费大。
优化方法二:直接将singleton变量初始化也就是static Singleton singleton = new Singleton();这样也不会产生多个对象。但是一旦程序被安装,不管你是是否会用singleton变量都会产生singleton变量,带来一些内存空间的浪费
优化方法三:即使很频繁的调用getInitance()函数也不会产生资源浪费
代码

public class Singleton {
	static Singleton singleton;

	private Singleton() {
		
	}
	public static  Singleton getInitance() {
		
		if(singleton == null) {
			synchronized(Singleton.class) {
				if(singleton == null)
				singleton = new Singleton();
			}	
		} 
		
		return singleton;
	}
}
### 单例设计模式(Singleton Pattern)的概念 单例模式是一种常用的软件设计模式,其核心思想是确保一个类只有一个实例存在,并提供一个全局访问点来访问该实例。这种模式在系统中需要协调全局行为时非常有用,例如管理配置信息、日志记录、线程池等场景。通过单例模式,可以避免多个实例造成的资源浪费或状态不一致问题[^1]。 ### 单例设计模式的用途 单例模式的主要用途包括: 1. **统一资源管理**:例如服务器的配置信息通常由一个单例对象读取,其他对象通过该对象获取配置信息,简化了复杂环境下的配置管理[^1]。 2. **全局访问点**:确保某个类的实例在整个应用程序中只有一个,并且可以被全局访问。 3. **资源共享**:如数据库连接池、线程池等,避免重复创建和销毁资源带来的性能开销。 ### 单例设计模式的实现方式 单例模式的实现通常需要满足以下几个关键点: 1. **私有化构造函数**:防止外部直接通过 `new` 关键字创建实例。 2. **静态变量保存实例**:在类内部定义一个静态变量用于保存类的唯一实例。 3. **提供全局访问方法**:通过静态方法返回类的实例。 #### 1. 饿汉式(Eager Initialization) 饿汉式在类加载时就创建实例,因此线程安全。适用于实例创建成本不高且需要立即加载的场景。 ```java public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; } } ``` 这种方式的优点是简单且线程安全,但缺点是无论是否使用该实例,都会在类加载时创建,可能造成资源浪费[^2]。 #### 2. 懒汉式(Lazy Initialization) 懒汉式在第一次调用 `getInstance()` 时才创建实例,适用于实例创建成本较高的场景。 ```java public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` 这种方式虽然节省了资源,但在多线程环境下可能会导致多个实例被创建,因此需要额外的同步机制来保证线程安全[^2]。 #### 3. 双重校验锁(Double-Checked Locking) 双重校验锁是一种优化的懒汉式实现,通过 `synchronized` 关键字和 `volatile` 关键字确保线程安全并减少同步开销。 ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 这种方式在多线程环境下能够高效地保证单例的唯一性,同时避免了不必要的同步开销[^2]。 #### 4. 静态内部类(Static Nested Class) 静态内部类利用了类加载机制来保证线程安全,同时实现了懒加载。 ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 这种方式在调用 `getInstance()` 时才会加载内部类并创建实例,因此既保证了线程安全,又避免了不必要的资源浪费[^2]。 #### 5. 枚举(Enum) 枚举是实现单例模式的一种简洁且线程安全的方式,尤其适合需要序列化或反序列化的场景。 ```java public enum Singleton { INSTANCE; public void doSomething() { // 业务逻辑 } } ``` 枚举实现的单例模式天然支持序列化和反序列化,并且可以避免反射攻击,是一种推荐的实现方式。 #### 6. JavaScript 中的实现 在 JavaScript 中,可以通过闭包或类来实现单例模式。 **闭包实现**: ```javascript let Singleton = function (name) { this.name = name; }; Singleton.getInstance = (function () { let instance = null; return function (name) { if (!instance) { instance = new Singleton(name); } return instance; }; })(); ``` **类实现(ES6)**: ```javascript class Singleton { constructor(name) { if (!Singleton.instance) { this.name = name; Singleton.instance = this; } return Singleton.instance; } } const s1 = new Singleton('A'); const s2 = new Singleton('B'); console.log(s1 === s2); // true ``` 这些实现方式在 JavaScript 中能够确保全局只有一个实例,并且可以通过闭包或类的方式实现懒加载和线程安全[^3]。 ### 单例模式的优缺点 **优点**: - 提供了对唯一实例的受控访问。 - 节省系统资源,避免重复创建和销毁实例。 - 可以全局共享状态。 **缺点**: - 违反了单一职责原则,单例类可能承担过多职责。 - 难以进行单元测试,因为单例的全局状态可能导致测试之间的依赖。 - 在分布式系统中,单例模式可能难以扩展。
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