java单例设计模式

本文详细介绍了Java中单例设计模式的概念、原理及应用案例,包括饿汉式和懒汉式的实现方式,以及注意事项,旨在帮助开发者掌握单例模式的正确使用。

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单例设计模式:java中有23种设计模式,单例设计只是其中的一种设计思想

设计模式:解决某一类问题最行之有效的方法,偏思想。

单例设计模式:解决一个类在内存中只存在一个对象。

实例:

1.软件中保存操作的配置文件用的就是单例设计模式

2.每台计算机可以由若干个打印机,但只能有一个 Printer Spooler,避免有两个作业同时输出到打印机。 一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用,但数据库中只能有一个地方分配下一个主键。否则会出现主键重复。

想要保住对象唯一:

a)为了避免其他程序过多建立该类对象,先控制禁止其他程序建立该类对象

b)还为了其他程序可以访问到该对象,只好在本类中自定义一个对象

c)为了方便其他程序对自定义对象的访问,可以对外提供一些访问方式

这三步怎么用代码体现呢?

1)将构造函数私有化。

2)在类中创建一个本类对象。

3)提供一个方法可以获取到该对象。

对于事物该怎么描述,还怎么描述。

当需要将该事物的对象保证在内存中唯一时,就将以上的三步加上即可。

Single类一进内存,就已经创建好了对象。

 

对象先初始化称为饿汉式

class Singleton{

       private static Singleton instance = new Singleton();

       private Singleton(){}

       public static getInstance(){

             return instance;

       }

}

对象是方法被调用时,才初始化,也叫做对象的延时加载。成为:懒汉式。

Singleton类进内存,对象还没有存在,只有调用了getInstance方法时,才建立对象。

class Singleton{

       private static Singleton instance = null;

       private Singleton(){}

       public static getInstance(){

             if(instance==null){

                    synchronized(Singleton.class){                         

                           if(instance==null)

                                  instance= new Singleton();

                    }

             }

             return instance;

       }

}

synchronized,同步,防止多程序运行时出现问题,但是加入后程序效率降低,解决的方法是运用多线程技术。

记录原则:定义单例,建议使用饿汉式。

 

单例模式使用的注意 单例模式使用的注意模式使用的

1.不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单列模式的用意,最好放到对应类的静态成员中。 不要将数据库连接做成单例, 

 2.因为一个系统可能与数据库有多个连接,并且在有连接池的情况下, 

3.应当尽可能及时释放连接。Singleton 模式由于使用静态成员存储类实例,所以可能会造成资源无法及时释放。

 

综合案例

public class Singleton { 
      
    private static Singleton instance ;   

    //饱汉方式的单例模式 但是有多个线程访问时就不是安全的 返回的不是同一个对象 
    public static Singleton getInstance1(){  
        instance = instance == null ? newSingleton() : instance ;  
        return singleton ;  
    }  

    //此种方法 线程安全,但是效率非常低在一个时候只有一个线程能访问个对象  
    public synchronized Singleton getInstance2(){  
        instance = instance == null ? newSingleton() : instance ;  
        return singleton ;  
    }  

    //线程安全 并且效率高 能有多个线程访问 
    public Singleton getInstance3(){  
        synchronized(Singleton.class){ 
            instance =instance == null ? new Singleton() : instance ;  
        }  
        return instance ;   
    }  
}


### Java 单例设计模式的实现与使用 #### 1. **单例设计模式概述** 单例设计模式是一种创建型设计模式,其核心目标是确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例[^2]。这种模式通常用于需要控制资源分配的场景,例如数据库连接池、线程池等。 --- #### 2. **单例模式的核心特性** - **唯一性**:单例类只能有一个实例。 - **自我管理**:单例类负责创建并维护自身的唯一实例。 - **全局访问**:通过静态方法或其他机制向外界提供对该唯一实例的访问[^4]。 --- #### 3. **常见实现方式** ##### (1) **饿汉式(Eager Initialization)** 饿汉式是最简单的一种单例模式实现方式。在类加载时就初始化实例,因此不存在线程安全问题。 ```java public class Singleton { // 静态变量保存唯一实例 private static final Singleton instance = new Singleton(); // 私有构造函数防止外部实例化 private Singleton() {} // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return instance; } } ``` 这种方式的优点是实现简单,缺点是无论是否需要用到该实例都会提前创建,可能会浪费资源[^5]。 --- ##### (2) **懒汉式(Lazy Initialization)** 懒汉式只有在第一次调用 `getInstance()` 方法时才会创建实例,适用于延迟加载的场景。 ```java public class Singleton { // 使用 volatile 关键字保证多线程环境下的可见性和有序性 private static volatile Singleton instance; // 私有构造函数防止外部实例化 private Singleton() {} // 双重检查锁定(Double-Checked Locking) 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(); } } } return instance; } } ``` 这种方法解决了资源浪费的问题,但引入了双重检查锁机制以确保线程安全性[^5]。 --- ##### (3) **静态内部类实现** 静态内部类的方式既实现了延迟加载,又避免了同步带来的性能开销。 ```java public class Singleton { // 私有构造函数防止外部实例化 private Singleton() {} // 定义静态内部类,在首次调用 getInstance() 时才加载 private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 这种方式利用 JVM 的类加载机制保证了线程安全,同时实现了按需加载[^5]。 --- ##### (4) **枚举实现** 枚举实现被认为是最佳实践之一,因为它不仅简洁明了,还能天然抵抗反射攻击和序列化破坏。 ```java public enum SingletonEnum { INSTANCE; private String data; public String getData() { return data; } public void setData(String data) { this.data = data; } } ``` 枚举类型的单例天生具备线程安全性和反序列化的保护能力[^3]。 --- #### 4. **应用场景** - 数据库连接池:确保多个模块共享同一个连接池实例。 - 日志记录器:集中管理和输出日志信息。 - 配置管理器:统一读取和解析配置文件的内容。 - 线程池:合理分配有限的线程资源。 --- #### 5. **注意事项** - **线程安全**:对于懒汉式和其他动态加载的实现方式,必须考虑并发环境下可能产生的问题。 - **序列化与反序列化**:如果单例类支持序列化/反序列化功能,应重写 `readResolve` 方法以防止多次实例化。 - **反射攻击**:可以通过将构造函数声明为私有,并抛出异常的方式来阻止非法实例化。 --- ### 示例代码总结 以下展示了四种不同实现方式的对比: | 实现方式 | 是否延迟加载 | 线程安全 | 复杂度 | |----------------|--------------|------------------|--------| | 饿汉式 | 否 | 是 | ★ | | 懒汉式 | 是 | 需要额外处理 | ★★ | | 静态内部类 | 是 | 自然线程安全 | ★★★ | | 枚举实现 | 是 | 最佳实践 | ★★★★ | ---
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