java设计模式——单列模式

本文详细介绍了单例模式的概念、优点及常见的五种实现方式:饿汉式、懒汉式、双重检测锁式、静态内部类式和枚举式。并通过示例代码对比不同方式的特点,帮助读者理解并选择适合场景的单例模式。

单列模式

单列模式:保证一个类只有一个实例,并提供一个访问该实例的全局访问点。

单列模式的优点:只生成一个实例,系统的开销小,可以设计全局访问点,优化共享资源的访问

常见的单列模式分类:
主要:
1、饿汉式:线程安全,调用效率高,不能延迟加载。
2、懒汉式:线程安全,调用效率不高,可以延迟加载。
次要:
3、双重检测锁式:由于jvm底部模型原因,偶尔会出问题,不建议使用。
4、静态内部类式:线程安全,调用效率高,但也可以延迟加载。
5、枚举单列式:线程安全,调用效率高,不能延迟加载。
单列模式实例代码:
饿汉式


/**
*饿汉模式:因为比较饿,所以在类加载时就new了一个静态实例,
*不管后面有没有用到该实例
**/
public class Singleton{
  /*提供一个静态实例,不管后面有没用到*/
 private static Singleton singleton=new Singleton();
  /*提供一个私有构造函数,使外部不能直接new该对象*/
 private Singleton(){}
  /*提供一个公共方法,获取这个唯一的对象*/
 public static Singleton getsingleton(){
      return singleton;
 } 
}

懒汉式


 /**
 * 懒汉式:由于比较懒,所以只有用到该实例时才会创建,避免浪费资源
 * @author Justin
 *
 */
public class Singleton1 {
   /*声明一个静态变量,不初始化*/
    private static Singleton1 singleton;

    private Singleton1(){}
    /**
     * 对外提供一个获取实例的方法,因为静态属性没有实例化,假如高并发时有可能同时调用该方法
     * 造成new出多个实例,所以加上synchronized,因此调用效率不高
     * @return
     */
    public synchronized static Singleton1 getsingleton(){
        if (singleton==null) {//第一次调用为空,直接new一个
            singleton=new Singleton1();
        }
        return singleton;//之后第二次调用时已经初始化了,所以不用new直接返回
    }
}

双重检索式


/**
 *  双重检索单例模式
 * 将锁加在判断实例为空的地方,不加在方法上
 * @author Justion
 *
 */
public class Singleton2{

    private static Singleton2 singleton=null;

    private Singleton2(){}

    public static Singleton2 getsingleton(){
        if (singleton==null) {
            Singleton2 s2;
            synchronized (Singleton2.class) {
                s2=singleton;
                if (s2==null) {
                    synchronized (Singleton2.class) {
                        if (s2==null) {
                            s2=new Singleton2();
                        }
                    }
                    return s2;
                }
            }

        }
        return singleton;
    }
}

静态内部类式:


/**
 * 静态内部类式:
 * @author Justion
 *
 */
public class Singleton3 {


    private Singleton3(){}
    /**
     * 声明一个静态内部类,在静态内部类提供一个外部实例(常量不可变)
     * 初始化Singleton3 的时候不会初始化SingletonClassInstance,实现了延时加载。并且线程安全
     *
     */
    private static class SingletonClassInstance{
        //该实例只读,不可以修改
        private static final Singleton3 singleton=new Singleton3();
    }
    /*
     *调用的时候没有同步等待,所以效率也高 
     */
    public static Singleton3 getsingleton(){
        return SingletonClassInstance.singleton;
    }
}

枚举式:



/**

 * 枚举实现单例模式(枚举本身就是单例)

 */

public enum Singleton4 {

    /**

     * 定义一个枚举元素,它就是一个单例的实例了。

     */

    INSTANCE;



    /**

     * 对枚举的一些操作

     */

    public void singletonOperation(){



    }



} 

总结

如何选用?

    枚举式  好于  饿汉式

    静态内部类式  好于 懒汉式

常见应用场景

    ​windows的任务管理器

    网站的计数器

    数据库的连接池

    Application容器也是单例

    Spring中每个bean默认也是单例

    Servlet中,每个servlet也是单例
### Java 中单例设计模式的实现和用法 #### 单例模式的优势 在Java中,单例模式通过确保一个类只有一个实例并提供全局访问点来简化程序的设计。相比于静态类,单例模式提供了更大的灵活性,因为可以延迟初始化,并且可以在运行时更改行为或状态[^1]。 #### 实现方式及其线程安全性 为了处理多线程环境下的并发问题,在早期版本的Java内存模型存在缺陷的情况下,Bill Pugh提出了基于内部静态辅助类的方式来创建单例类。这种方式不仅解决了多个线程同时获取单例实例的问题,还利用了JVM加载机制保证了懒加载特性以及良好的性能表现[^2]。 具体来说,当外部尝试访问`getInstance()`方法时,只有第一次调用才会触发内部静态类的加载过程从而完成对象构建;之后每次请求都将直接返回已经存在的唯一实例。这种做法有效防止了由于指令重排序带来的潜在风险——即所谓的out-of-order writes现象[^5]。 以下是采用上述方案的一个典型例子: ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHelper { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static synchronized Singleton getInstance() { return SingletonHelper.INSTANCE; } } ``` 此代码片段展示了如何定义私有构造函数阻止外界随意新建对象的同时,借助于嵌套的静态成员类实现了安全高效的单例模式。 #### 关键要点总结 - **延迟初始化**:直到真正需要的时候才创建唯一的实例。 - **线程安全**:即使面对高并发场景也能保持数据一致性。 - **资源节约**:减少不必要的重复开销,提高应用效率。
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