设计模式之单例模式

一、单例模式
1.单例模式定义:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点,该类不可子类化。

2.单例模式的UML
这里写图片描述

3.单例模式的示例

import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;

/**
 * 
 * 饱汉式单例模式
 * @author shier
 *
 */
@SuppressWarnings("serial")
public class FullManSinglton implements Serializable{
    //饱汉模式,声明时就创建实例对象
    public static final FullManSinglton instance = new FullManSinglton();

    /**单类模式的构造方法必须为private,以避免通过构造方法创建对象实例,  
     *并且必须显示声明构造方法,以防止使用默认构造方法
     *虽然构造方式的访问修饰符为private,即除了自身以外其他任何类都无法调用,但是通过反射机制的 
     *AccessibleObject.setAccessible(true)方法可以访问私有方法和属性
     */
    private FullManSinglton(){
        if(null != instance)
            throw new RunTimeException("不可以使用反射访问单例对象");        
    }

    public static FullManSinglton getInstance(){
        return instance;
    }

    public String getString(){
        String s ="i am a full man";
        return s;
    }

    /**
     * 实现单例模式的类变成可序列化的时候,不仅implements Serializable
     * 必须声明所有的实例域都是瞬时的(transient)
     * 重写readResolve方法,防止反序列化时,获取对象不是唯一
     * @return
     * @throws ObjectStreamException
     */ 
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {    
        return instance;  
    }  
}
import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;

/**
 * 饿汉式单例模式,延迟化加载,线程不安全的
 * @author shier
 *
 */
@SuppressWarnings("serial")
public class HungryManSinglton implements Serializable{
    //饿汉模式,声明时不创建实例对象
    public static HungryManSinglton instance;

    /**单类模式的构造方法必须为private,以避免通过构造方法创建对象实例,  
     *并且必须显示声明构造方法,以防止使用默认构造方法
     *虽然构造方式的访问修饰符为private,即除了自身以外其他任何类都无法调用,但是通过反射机制的 
     *AccessibleObject.setAccessible(true)方法可以访问私有方法和属性
     */
    private HungryManSinglton(){
        if(null != instance)
            throw new RunTimeException("不可以使用反射访问单例对象");        
    }

    //单类模式必须对外提供获取实例对象的方法,延迟初始化的单类模式必须使用synchronized同步关键字,否则多线程情况下很容易产生多个实例对象  
    public static synchronized HungryManSinglton getInstance(){
        //延迟初始化,只有当第一次使用时才创建对象实例
        if(instance==null)
            instance = new HungryManSinglton();
        return instance;
    }

    public String getString(){
        String s ="i am a hungry man";
        return s;
    }

   /**
     * 实现单例模式的类变成可序列化的时候,不仅implements Serializable
     * 必须声明所有的实例域都是瞬时的(transient)
     * 重写readResolve方法,防止反序列化时,获取对象不是唯一
     * @return
     * @throws ObjectStreamException
     */ 
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {    
        return instance;  
    }  
}
import java.io.ObjectStreamException;

/**
 * 双重锁定单例模式
 * @author shier
 *
 */
public class DoubleLockSinglton {
    public static DoubleLockSinglton instance;

    /**单类模式的构造方法必须为private,以避免通过构造方法创建对象实例,  
     *并且必须显示声明构造方法,以防止使用默认构造方法
     *虽然构造方式的访问修饰符为private,即除了自身以外其他任何类都无法调用,但是通过反射机制的 
     *AccessibleObject.setAccessible(true)方法可以访问私有方法和属性
     */
    private DoubleLockSinglton(){
        if(null != instance)
            throw new RunTimeException("不可以使用反射访问单例对象");
    }

    public static DoubleLockSinglton getInstance(){
        //先判断实例是否存在,不存在在加锁处理,这样提高运行的效率
        if(instance == null){
            synchronized (DoubleLockSinglton.class) {
                if(instance == null)
                    instance = new DoubleLockSinglton();
            }
        }
        return instance;
    }

    public String getString(){
        String s ="i am a double lock man";
        return s;
    }

    /**
     * 实现单例模式的类变成可序列化的时候,不仅implements Serializable
     * 必须声明所有的实例域都是瞬时的(transient)
     * 重写readResolve方法,防止反序列化时,获取对象不是唯一
     * @return
     * @throws ObjectStreamException
     */ 
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {    
        return instance;  
    }
}
import java.io.ObjectStreamException;

/**
 * 静态内部类单例模式
 * @author shier
 *
 */
public class StaticInwardSinglton {

   /**  
    * 类级的内部类,也就是静态的成员式内部类,该内部类的实例与外部类的实例  
    * 没有绑定关系,而且只有被调用到才会装载,从而实现了延迟加载  
    */   
    public static class singltonHandler{ 
        //由于是静态的域,因此只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次,静态初始化器,由JVM来保证线程安全  
        public static StaticInwardSinglton instance = new StaticInwardSinglton();
    }

    /**单类模式的构造方法必须为private,以避免通过构造方法创建对象实例,  
     *并且必须显示声明构造方法,以防止使用默认构造方法
     *虽然构造方式的访问修饰符为private,即除了自身以外其他任何类都无法调用,但是通过反射机制的 
     *AccessibleObject.setAccessible(true)方法可以访问私有方法和属性
     */
    private StaticInwardSinglton(){
        if(null != instance)
            throw new RunTimeException("不可以使用反射访问单例对象");
    }

    public static StaticInwardSinglton getInstance(){
        return singltonHandler.instance;
    }

    public String getString(){
        String s ="i am a static inward man";
        return s;
    }

    /**
     * 实现单例模式的类变成可序列化的时候,不仅implements Serializable
     * 必须声明所有的实例域都是瞬时的(transient)
     * 重写readResolve方法,防止反序列化时,获取对象不是唯一
     * @return
     * @throws ObjectStreamException
     */
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {    
        return singltonHandler.instance;
    }
}
/**
 * 枚举单例模式
 * @author shier
 * effective java中推荐,最安全的单例模式
 */
public enum SingltonEnum {
    INSTANCE{

        @Override
        public void doSomething() {
            System.out.println("i am a enum man");

        }};

    public abstract void doSomething(); 

}
### 单例模式中懒汉式与饿汉式的实现与区别 #### 一、定义与特点 单例模式是一种常用的软件设计模式,其核心在于确保某个类只有一个实例并提供全局访问点。懒汉式和饿汉式是两种常见的单例模式实现方式。 - **饿汉式**的特点是在类加载时即完成实例的初始化操作[^1]。这意味着无论程序是否实际使用到该单例对象,它都会被提前创建好。 - **懒汉式**则采取了一种延迟加载的方式,仅在首次调用 `getInstance` 方法时才去创建实例[^3]。这种方式可以节省资源,但如果初始化过程复杂,则可能会带来一定的性能开销。 #### 二、具体实现代码 ##### 饿汉式实现 以下是饿汉式的典型实现方法: ```java // 饿汉式 public class Bank { private Bank() {} // 私有构造函数防止外部实例化 // 类加载时立即创建实例 private static final Bank INSTANCE = new Bank(); public static Bank getInstance() { return INSTANCE; } } ``` 上述代码展示了饿汉式的简单性和高效性,由于静态变量 `INSTANCE` 的声明伴随着直接赋值动作,在 JVM 加载此类时就已经完成了实例化的全部流程[^4]。 ##### 懒汉式实现 而这是懒汉式的标准写法之一: ```java // 基础版懒汉式(非线程安全) public class SingletonLH { private static SingletonLH instance; private SingletonLH() {} public static SingletonLH getInstance() { if (instance == null) { // 双重检查锁定机制前的状态判断 instance = new SingletonLH(); } return instance; } } ``` 需要注意的是基础版本的懒汉式并不具备线程安全性[^5]。为了提升可靠性,通常会在多线程环境下引入同步控制措施来改进此方案。 #### 三、主要差异对比分析 | 对比维度 | 饿汉式 | 懒汉式 | |----------------|-------------------------------------|-----------------------------------------| | 初始化时机 | 类加载阶段自动完成 | 第一次调用 `getInstance()` 才会触发 | | 性能表现 | 不涉及额外逻辑处理,运行速度快 | 初次获取可能稍慢,后续无差别 | | 线程安全性 | 天然支持 | 默认不安全;需通过加锁等方式增强 | | 开发成本 | 较低 | 若追求高并发下的良好行为,开发较为复杂 | 从表中的信息可以看出两者各有优劣[^2]。如果应用环境能够容忍早期占用内存或者确定一定会频繁使用某单一实体的话,那么采用饿汉形式更为合适;反之对于那些希望尽可能推迟不必要的计算直到真正必要的场合下,可以选择经过优化后的懒加载策略——比如双重校验锁技术(Double Checked Locking Pattern),既保留了按需分配的优势又兼顾到了多任务协作的需求。 #### 四、总结说明 综上所述,饿汉式以其简洁明快的设计思路赢得了广泛的应用场景认可,特别是在一些对启动速度要求不高但强调稳定性的项目里尤为适用。相比之下,虽然懒汉式提供了更灵活的时间管理能力,但在未做特别防护的情况下容易受到竞争条件的影响从而破坏唯一性原则,因此需要开发者投入更多精力考虑如何平衡功能特性和维护便利之间的关系。 ---
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