设计模式—— 七 ：单例模式

单例模式是23个模式中比较简单的模式，应用也非常广泛

什么是单例模式？

单例模式的定义：

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某一个类 只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）

单例设计模式通用类图如下：

7-1：单例设计模式通用类图

 

Sngleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实 例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）。

单例模式的通用实例如下：

复制代码

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">Singleton</span> {
	<span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#a626a4">final</span> <span style="color:#986801">Singleton</span> <span style="color:#986801">singleton</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">Singleton</span>();

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 限制产生多个对象</em></span>
	<span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#4078f2">Singleton</span>() {
	}

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 通过该方法获得实例对象</em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> Singleton <span style="color:#4078f2">getSingleton</span>() {
		<span style="color:#a626a4">return</span> singleton;
	}

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 类中其他方法，尽量是static</em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">doSomething</span>() {
	}
}
</code></span></span>

单例模式的实现

单例模式的实现主要有饿汉式、懒汉式、登记式。

饿汉式

复制代码

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a0a1a7"><em>/**
 * 
 * <span style="color:#a626a4">@description</span>: 饿汉式
 * <span style="color:#a626a4">@author</span> 三分恶
 * <span style="color:#a626a4">@date</span> 2020年3月7日
 */</em></span>
<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">HungrySingleton</span> {
	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 创建全局静态变量，保证只有一个实例</em></span>
    <span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#a626a4">volatile</span> <span style="color:#986801">HungrySingleton</span> <span style="color:#986801">instance</span>  <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">HungrySingleton</span>();

    <span style="color:#a0a1a7"><em>//构造函数私有化</em></span>
    <span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#4078f2">HungrySingleton</span>() {
        
    }

    <span style="color:#a0a1a7"><em>//获取类的实例</em></span>
    <span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> HungrySingleton <span style="color:#4078f2">getInstance</span>() {
        <span style="color:#a626a4">return</span> instance;
    }
}
</code></span></span>

懒汉式

复制代码

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a0a1a7"><em>/**
 * 懒汉式单例模式
 * <span style="color:#a626a4">@author</span> 三分恶
 *
 */</em></span>
<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">LazySingleton</span> {
	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 创建全局静态变量，保证只有一个实例</em></span>
    <span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#986801">LazySingleton</span> <span style="color:#986801">instance</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#0184bb">null</span>;

    <span style="color:#a0a1a7"><em>// 构造函数私有化</em></span>
    <span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#4078f2">LazySingleton</span>() {
    }

    <span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> LazySingleton <span style="color:#4078f2">getInstance</span>() {
        <span style="color:#a0a1a7"><em>//先判断是否存在当前类的实例</em></span>
        <span style="color:#a626a4">if</span> (instance == <span style="color:#0184bb">null</span>) {
            instance = <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">LazySingleton</span>();
        }
        <span style="color:#a626a4">return</span> instance;
    }
}
</code></span></span>

线程安全的懒汉式

懒汉式单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题，若系统压力增大，并发量增加时则可能在内存中出现多个实例，破坏了最初的预期。

可以使用JDK的synchronized同步代码块来解决懒汉式线程安全问题。

复制代码

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a0a1a7"><em>/**
 * <span style="color:#a626a4">@description</span>: 线程安全懒汉式
 * <span style="color:#a626a4">@author</span> 三分恶
 * <span style="color:#a626a4">@date</span> 2020年3月8日
 */</em></span>
<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">SynchronizedLazySingleton</span> {

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 创建全局静态变量，保证只有一个实例</em></span>
	<span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#986801">SynchronizedLazySingleton</span> <span style="color:#986801">instance</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#0184bb">null</span>;

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 构造函数私有化</em></span>
	<span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#4078f2">SynchronizedLazySingleton</span>() {
	}

	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> SynchronizedLazySingleton <span style="color:#4078f2">getInstance</span>() {
		<span style="color:#a626a4">if</span> (instance != <span style="color:#0184bb">null</span>) {
			<span style="color:#a626a4">return</span> instance;
		}

		<span style="color:#a626a4">synchronized</span> (SynchronizedLazySingleton.class) {
			<span style="color:#a626a4">if</span> (instance == <span style="color:#0184bb">null</span>) {
				instance = <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">SynchronizedLazySingleton</span>();
			}
		}
		<span style="color:#a626a4">return</span> instance;
	}

	<span style="color:#a0a1a7"><em>/*也可以用synchronized关键字修饰getInstance方法来实现
	 * public static synchronized SynchronizedLazySingleton getInstance() { if
	 * (instance != null) { return instance; }
	 * 
	 * if (instance == null) { instance = new SynchronizedLazySingleton(); } return
	 * instance; }
	 */</em></span>
}
</code></span></span>

登记式

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。

复制代码

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">import</span> java.util.Map;
<span style="color:#a626a4">import</span> java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

<span style="color:#a0a1a7"><em>/**
 * <span style="color:#a626a4">@description</span>: 登记式，类似类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取
 * <span style="color:#a626a4">@author</span> 三分恶
 * <span style="color:#a626a4">@date</span> 2020年3月8日 
 */</em></span>
<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">RegisterSingleton</span> {
	<span style="color:#a626a4">private</span> <span style="color:#a626a4">static</span> Map<String, RegisterSingleton> map = <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">ConcurrentHashMap</span><>();

	<span style="color:#a0a1a7"><em>//</em></span>
    <span style="color:#a626a4">protected</span> <span style="color:#4078f2">RegisterSingleton</span>() {
    }

    <span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> RegisterSingleton <span style="color:#4078f2">getInstance</span>(String name) {
        <span style="color:#a626a4">if</span> (name == <span style="color:#0184bb">null</span>) {
            name = RegisterSingleton.class.getName();
        }
        <span style="color:#a626a4">if</span> (map.get(name) != <span style="color:#0184bb">null</span>) {
            <span style="color:#a626a4">return</span> map.get(name);
        }
        <span style="color:#a626a4">try</span> {
            <span style="color:#986801">RegisterSingleton</span> <span style="color:#986801">result</span> <span style="color:#ab5656">=</span> (RegisterSingleton)Class.forName(name).newInstance();
            map.put(name, result);
            <span style="color:#a626a4">return</span> result;
        } <span style="color:#a626a4">catch</span> (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } <span style="color:#a626a4">catch</span> (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } <span style="color:#a626a4">catch</span> (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        <span style="color:#a626a4">return</span> <span style="color:#0184bb">null</span>;
    }

    <span style="color:#a626a4">public</span> Map<String, RegisterSingleton> <span style="color:#4078f2">getMap</span>() {
        <span style="color:#a626a4">return</span> map;
    }
}
</code></span></span>

单例模式的优缺点

单例模式的优点

● 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地 创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。

● 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，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，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM 垃圾回收机制）。

● 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在 内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

● 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。

单例模式的缺点

● 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途 径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它 要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊 情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。

● 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行 测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

● 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

单例模式的应用比较广泛，其中最经典的是在Spring中，每个Bean默认是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理这些Bean的生命期，决定什么时候创建 出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理，等等。如果采用非单例模式（Prototype类型），则Bean初始化后的管理交由J2EE容器，Spring容器不再跟踪管理Bean的生命周期。