如何学习设计模式(单列模式)

本文深入探讨单例模式的应用场景、设计思想及不同实现方式,包括懒汉模式、静态内部类、饿汉模式、枚举和容器等,并分析各自优缺点。

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1.应用场景:

当需要保证类在内存中的对象唯一性,可以使用单例模式,不想创建多个实例浪费资源,或者避免多个实例由于多次调用到而出现异常,一般写工具类,缓存,线程池,数据库等可以用到。


2.设计思想:

保证对象唯一性的三个想法实现
不允许其他程序用new对象私有化该类的构造函数
在该类中创建对象通过new在本类中创建一个本类对象
对外提供一个可以让其他程序获取该对象的方法定义一个公有的方法,将在该类中所创建的对象返回

3.花样的单例模式


1.懒汉模式(为了线程变的安全,防止对象二次创建,用双重校验锁进行优化)
public class Singletons {
    private static volatile Singletons instance = null;
    private Singletons() { }
    public static Singletons sgetInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized(Singletons.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new Singletons();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

代码中进行了两次if检查,这样就可以保证线程安全,初始化一次后,后面再次访问时,if检查,直接return 实例化对象。volatile是1.5后 引入的,volatile关键字会屏蔽Java虚拟机所做的一些代码优化,会导 致系统运行效率降低,也可以不加。


2.静态内部类
public class Singletons {
    private Singletons() { }
    public static final Singletons getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singletons INSTANCE = new Singletons();
    }
}

和饿汉式类似,两者都是通过类装载机制来保证初始化实例 的时候只有一个线程,从而避免线程安全问题,饿汉式的Singletons类被加载,就会实例化,而静态内部类这种,当Singletons类被加载时,不会立即实例化,调用getInstance方法, 才会装载SingletonHolder类,从而完成Singletons的实例化,下面来看下恶汉式实现单列模式。


3.饿汉模式
public class Singletons () {
    private static Singletons instance = new Singletons()
    private Singletons(){ }
    public static Singletons getInstance() {
        return instance;
    }
}

获取单例对象:Singletons instace = Singletons.getInstance();
优点:类加载的时候就完成实例化,避免线程同步问题
缺点:由于在类加载的时候就进行了实例化,所以没有达到Lazy Loading(懒加载) 的效果,即使我们没用到这个实例,但是他还是会加载,从而造成内存浪费(可以忽略,最常用的一种)。


4.枚举
public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    private Singletons instance;
    SingletonEnum() { 
        instance = new Singletons()
    }
    public Singletons getInstance() {
        return instance;
    }
}

访问方式:SingletonEnum.INSTANCE.method(); INSTANCE即为SingletonEnum类型的引用,得到它就可以调用枚举中的方法。既避免了线程安全问题,还能防止反序列化重新创建新的对象,但是失去了类的一些特性,没有延时加载,推荐使用。


5.使用容器
public class SingletonManager {
    private static Map<String,Object> objMap = new HashMap<String,Object>();
    private SingletonManager () { }
    public static void registerService(String key,Object instance) {
        if(!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key,instance);
        }
    }
    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

将多种单例类型注入到一个统一的管理类中,在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例,并且在使 用时可以通过统一的接口进行获取操作,降低了用户的使用成本,也对用户隐藏了具体实现,降低了耦合度。


4.优缺点

优点:| 保持类对象唯一性,对于频繁创建和销毁的对象可以提高性能。
缺点:| 扩展困难,单例的方法无法生成子类对象,要扩展的话基本要重写这个类。

注意事项:

在Android中如果单例对象持有Context,那么很容易引发内存泄露。
此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context!!!

### 关于单例模式设计模式 单例模式是一种常用的软件设计模式,其目的是确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。这种模式通常用于管理共享资源,例如数据库连接池、线程池等场景。 #### 单例模式的核心特性 - **唯一性**:在整个应用程序生命周期中,只存在一个实例。 - **全局访问**:可以通过统一的接口获取该实例。 - **延迟初始化**:只有当第一次使用时才创建实例[^1]。 以下是基于Java语言实现的一个典型单例模式示例: ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; // 私有化构造函数防止外部实例化 private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); // 创建实例 } } } return instance; } // 提供业务方法 public void showMessage() { System.out.println("This is a singleton pattern example."); } } ``` 此代码实现了双重校验锁机制(Double-Checked Locking),既保证了线程安全又提高了性能[^1]。 --- #### 哈尔滨工业大学课程相关内容推测 哈尔滨工业大学在计算机科学与技术及相关专业的课程体系中,可能会涉及以下方面的教学内容: 1. **设计模式基础理论**:介绍常见的23种GOF设计模式及其分类(创建型、结构型、行为型)。 2. **单例模式的应用场景**:讨论如何在实际开发中应用单例模式解决特定问题,例如配置文件读取器、日志记录器等[^1]。 3. **多线程环境下的优化策略**:分析懒汉式加载可能导致的并发问题以及解决方案(如volatile关键字的作用)。 如果需要具体的作业题目或考试重点,可以根据以往的教学经验给出如下示例: ##### 示例作业题 1. 编写一段程序验证饿汉式和懒汉式的区别,并解释各自的优缺点。 2. 使用反射尝试破坏单例模式的安全性,并提出改进措施。 3. 结合Spring框架源码分析其中的单例注册与销毁过程。 --- #### 推荐的学习资源 对于深入研究单例模式及其他设计模式的学生来说,可以参考以下书籍和在线资料: - 《Head First Design Patterns》:适合初学者入门的经典教材。 - 《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》(GoF四人组原著):权威性和实用性兼具的好书。 - 官方文档及开源项目实践案例:通过阅读MyBatis、Hibernate等框架源码了解工业级实现细节[^4]。 --- ###
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