设计模式（二）——设计模式类型&单例模式

于 2020-07-01 07:24:51 发布
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分类专栏： 设计模式 文章标签： 设计模式 java
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一、设计模式类型

设计模式分为三种类型（共23种）：
      1）创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式；
      2）结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式；
      3）行为型模式：模板方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式（责任链模式）。

二、单例模式
单例模式介绍

      所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证子在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。
      单例模式有八种方式：

  • 饿汉式（静态常量）
  • 饿汉式（静态代码块）
  • 懒汉式（线程不安全）
  • 懒汉式（线程安全，同步方法）
  • 懒汉式（线程安全，同步代码块）
  • 双重检查
  • 静态内部类
  • 枚举
饿汉式（静态常量）
public class Singleton1 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());
    }

}

//饿汉式（静态变量）
class Singleton{

    //1、本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    //2、构造器私有化
    private Singleton(){

    }

    //3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

在这里插入图片描述
      饿汉式（静态常量）优缺点说明：

  • 优点：这种写法比较简单，就是在类加载的时候就完成实例化。避免了线程同步的问题。
  • 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
  • 这种方式基于classloader机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance就没有达到 lazy loading的效果。
  • 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。
饿汉式（静态代码块）
public class Singleton2 {

    public static void main(String[] args) {
        //测试
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());
    }

}

//饿汉式（静态代码块）
class Singleton{

    //1、创建变量
    private static Singleton instance;

    //2、构造器私有化
    private Singleton(){

    }
    //3、静态代码块
    static{
        instance = new Singleton();
    }

    //3、提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

      饿汉式（静态代码块）优缺点说明：
1）这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面一样的。
2）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。

懒汉式（线程不安全）
public class Singleton3 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式1，线程不安全");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());

    }
}

class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态的共有方法，当使用到该方法时，才去创建instance
    //即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

4
      优缺点说明：
1）起到了lazy loading的效果，但是只能在单线程下使用；
2）如果在多线程下，一个线程进入了if(instance == null)判断语句，还未来得及往下执行，另一个判断也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
3）结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

懒汉式（线程安全）
public class Singleton4 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("懒汉式2，线程安全");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());

    }
}

class Singleton{

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态的共有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全的问题
    //即懒汉式
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

在这里插入图片描述
      优缺点说明：
1）解决了线程不安全问题；
2）效率太低了，每个线程在想获得类的实例的时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低。
3）结论：在实际开发中，不推荐这种方式。

懒汉式（线程安全，双重检查）
public class Singleton6 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("双重检查");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());

    }
}

class Singleton{
    //volatile修饰后，一旦instance修改会立即更新到主存
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题
    //同时保证了效率，推荐使用
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}

在这里插入图片描述
      优缺点说明：
1）Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if(instance == null)检查，这样就可以保证线程安全了；
2）这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if(instance == null)，直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步；
3）线程安全；延迟加载；效率较高；
4）结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

懒汉式（使用静态内部类完成单例模式）
public class Singleton7 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2);//true
        System.out.println("instance.hashCode()="+instance.hashCode());
        System.out.println("instance2.hashCode()="+instance2.hashCode());

    }
}

//静态内部类完成，推荐使用
//好处：1、在Singleton进行类加载的时候，SingletonInstance并不会马上执行，
//      即静态内部类在外部类加载的时候不会被加载，从而保证了懒加载
//      2、在调用getInstance()方法时，会去取（即加载）静态内部类里面的属性。jvm在装载类的时候是安全的，
//        这里使用了JVM底层提供的类的装载机制，保证了初始化是线程安全的
class Singleton{
    //volatile修饰后，一旦instance修改会立即更新到主存
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton(){}

    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性Singleton
    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE  = new Singleton();
    }

    //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题
    //同时保证了效率，推荐使用
    public static Singleton getInstance(){

        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }

}

在这里插入图片描述
      优缺点说明：
1）这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程；
2）静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化；
3）类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的；
4）优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高；
5）结论：推荐使用

懒汉式（枚举）
public class Singleton8 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance == instance2);

        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());

        instance.sayOK();
    }

}
//使用枚举，可以实现单例，推荐
enum Singleton{
    INSTANCE;//属性
    public void sayOK(){
        System.out.println("ok~");
    }
}

在这里插入图片描述
      优缺点说明：
1）这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步的问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象；
2）这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式；
3）结论：推荐使用。

三、单例模式注意事项和细节说明
  • 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建的对象，使用单例模式可以提高系统性能；
  • 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new；
  • 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多（即：重量级对象），但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源、session工厂等）。
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