【Java】单例模式

本文深入探讨单例模式的实现方式,包括懒汉式和饿汉式,并分析其优缺点及应用场景,如线程池和Spring框架中的使用。

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一:何时用单例模式

      只实例化一个对象时。几乎所有的系统都会用到单例模式

二:模式

  • 构造函数是私有的private

  • 产生一个静态的私有的对象

  • 写一个静态的公有的方法,返回该类类型的实例化对象

三:分类:

懒汉式

  • 存在多线程同步问题,可能会存在多个ClientManager 实例对象
  • 当类第一次被加载时,不会为ClientManager
    实例化的对象分配内存,因为在没调用之前根本没有实例化,当第一次调用getInstance()时,才会为ClientManager
    实例化的对象分配内存,某段时间节省了内存空间
//私有的静态成员
private static ClientManager instance = null;
// 定义私有构造方法(防止通过 new ClientManager()去实例化)
private ClientManager() {}

public static ClientManager getInstance() {
	if(instance == null) {
		synchronized(ClientManager.class){
			if(instance == null){
				instance  = new ClientManager();
			}
		}		
	}
	return instance;
}

饿汉式

  • 不存在多线程同步问题
  • 当类第一次被加载时,就会为ClientManager 实例化的对象分配内存,某段时间浪费了内存空间
//私有的静态成员
private static ClientManager instance = new ClientManager();
// 定义私有构造方法(防止通过 new ClientManager()去实例化)
private ClientManager() {}

public static ClientManager getInstance() {
	//返回实例化对象
	return instance;
}

四.优缺点

优点

  1. 节约系统资源,当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能
  2. 提供了对唯一实例的受控访问

缺点

  1. 不适用于变化的对象,如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化,单例就会引起数据的错误,不能保存彼此的状态
  2. 不能被继承,因为构造函数是私有的,不能扩展

五.实际使用

在多线程中,线程池(数据库连接池)就可以设置为单例的,因为线程池的作用就是统一管理多个线程,如果每来一个线程都去new一个新的线程池,就失去了线程池的意义。单例作用就是提供一个访问对象的一个全局访问点。在spring源码中,IOC原理中如果<bean id="userservice" class="service.userService" scope="singleton"> 设置bean是singleton,bean就是单例的,默认就是单例模式,但Spring框架对单例的支持是采用单例注册表的方式进行实现的,即将产生的bean放到一个map中,每次取时会先去注册表检测有没有该bean此时,检测的过程上了synchronized锁,如果没有,再creat,有直接返回。

### Java 单例模式的定义、实现方式与使用场景 单例模式是一种设计模式,其核心目标是确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点来访问该实例[^1]。这种模式在需要控制资源并防止多个对象同时访问该资源的情况下非常有用[^5]。 #### 1. 单例模式的特点 单例模式具有以下三个主要特点: - **唯一性**:单例类只能有一个实例。 - **自我创建**:单例类必须自己创建自己的唯一实例。 - **全局访问**:单例类必须给所有其他对象提供这一实例[^5]。 #### 2. 单例模式的实现方式 Java 中实现单例模式有多种方法,其中最常见且推荐的方式是通过枚举类型实现。以下是几种常见的实现方式及其优缺点: ##### (1) 枚举单例模式 枚举单例模式是一种简洁而安全的实现方式。在枚举类型中,每个枚举值都是一个单例对象,由 JVM 保证线程安全和唯一性。此外,枚举单例还可以防止反射和序列化攻击[^4]。 ```java public enum Singleton { INSTANCE; public void doSomething() { System.out.println("Doing something..."); } } ``` 调用方式如下: ```java Singleton singleton = Singleton.INSTANCE; singleton.doSomething(); ``` 优点: - 线程安全。 - 防止反射和序列化攻击。 - 实现简单。 ##### (2) 饿汉式单例模式 饿汉式单例模式在类加载时就创建了实例,因此无需额外的同步机制,天然线程安全。 ```java public class Singleton { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; } } ``` 优点: - 简单易懂。 - 天然线程安全。 缺点: - 不支持延迟加载。 ##### (3) 懒汉式单例模式(双重检查锁定) 懒汉式单例模式支持延迟加载,但需要额外的同步机制以保证线程安全。 ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance = null; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 优点: - 支持延迟加载。 - 线程安全。 缺点: - 实现相对复杂。 ##### (4) 静态内部类单例模式 静态内部类单例模式利用了 Java 的类加载机制,既实现了延迟加载,又保证了线程安全。 ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 优点: - 支持延迟加载。 - 线程安全。 - 实现简单。 #### 3. 单例模式的使用场景 单例模式适用于以下场景: - **全局配置管理**:例如读取配置文件,保证配置的一致性[^5]。 - **资源管理**:例如数据库连接池、线程池等,避免频繁创建和销毁资源。 - **日志记录**:日志系统通常只需要一个实例来记录日志。 - **缓存管理**:缓存系统中通常只需要一个实例来管理缓存数据。 ### 示例代码 以下是一个使用枚举单例模式的完整示例: ```java public enum ConfigManager { INSTANCE; private String config; public String getConfig() { return config; } public void setConfig(String config) { this.config = config; } } // 使用示例 public class Main { public static void main(String[] args) { ConfigManager manager = ConfigManager.INSTANCE; manager.setConfig("production"); System.out.println(manager.getConfig()); } } ``` #### 输出结果 ``` production ``` ---
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