23种设计模式（1）-单例模式

最新推荐文章于 2025-04-29 10:12:49 发布

白夜行悟空

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本文深入解析单例模式的定义、特点、实现方式及其优缺点，包括饿汉式、懒汉式及双重检查锁等实现机制，探讨其在内存管理、性能优化及资源共享等方面的应用。

一、定义

单例模式，是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例。即一个类只有一个对象实例。

二、特点

1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例

三、单例模式的要点

1.私有的构造方法
2.指向自己实例的私有静态引用
3.以自己实例为返回值的静态的公有的方法

四、单例模式根据实例化对象时机的不同分为两种

一种是饿汉式单例，一种是懒汉式单例。
饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用；而懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。

饿汉式单例

public class Singleton {  
    private static Singleton singleton = new Singleton();  
    private Singleton(){}  
    public static Singleton getInstance(){  
        return singleton;  
    }  
}

懒汉式单例

public class Singleton {  
    private static Singleton singleton;  
    private Singleton(){}  

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

单例模式还有一种比较常见的形式：双重锁的形式

public class Singleton{    
    private static volatile Singleton instance=null;    
    private Singleton(){        
    //do something
    }    
    public static  Singleton getInstance(){        
        if(instance==null){            
            synchronized(SingletonClass.class){                
                if(instance==null){
                    instance=new Singleton();
                }
            }
        }        
    return instance;
     }
}

这个模式将同步内容下方到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。
这种模式中双重判断加同步的方式，比第一个例子中的效率大大提升，因为如果单层if判断，在服务器允许的情况下，假设有一百个线程，耗费的时间为100*（同步判断时间+if判断时间），而如果双重if判断，100的线程可以同时if判断，理论消耗的时间只有一个if判断的时间。
所以如果面对高并发的情况，而且采用的是懒汉模式，最好的选择就是双重判断加同步的方式。

五、单例模式的优点

1.在内存中只有一个对象，节省内存空间。
2.避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。
3.避免对共享资源的多重占用。
4.可以全局访问。

六、单例模式的缺点

1.扩展困难，由于getInstance静态函数没有办法生成子类的实例。如果要拓展，只有重写那个类。
2.隐式使用引起类结构不清晰。
3.导致程序内存泄露的问题。

七、适用场景

1.需要频繁实例化然后销毁的对象。
2.创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
3.资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等
4.控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。

八、单例模式注意事项

1.只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。
2.不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
3.多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

九、关于Java中单例模式的一些常见问题

1、单例模式的对象长时间不用会被jvm垃圾收集器收集吗？

除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。
jvm卸载类的判定条件如下：

1.该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
2.加载该类的ClassLoader已经被回收。
3.该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

只有三个条件都满足，jvm才会在垃圾收集的时候卸载类。显然，单例的类不满足条件一，因此单例类也不会被回收。

2、在一个jvm中会出现多个单例吗？

在分布式系统、多个类加载器、以及序列化的的情况下，会产生多个单例，这一点是无庸置疑的。那么在同一个jvm中，会不会产生单例呢？使用单例提供的getInstance()方法只能得到同一个单例，除非是使用反射方式，将会得到新的单例。

Class c = Class.forName(Singleton.class.getName());  
Constructor ct = c.getDeclaredConstructor();  
ct.setAccessible(true);  
Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();