JAVA设计模式--单例模式

Posted 2020-08-27 ming

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。

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

 

单例设计模式

Singleton是一种创建型模式，指某个类采用Singleton模式，则在这个类被创建后，只可能产生一个实例供外部访问，并且提供一个全局的访问点。

核心知识点如下：

(1) 将采用单例设计模式的类的构造方法私有化（采用private修饰）。

(2) 在其内部产生该类的实例化对象，并将其封装成private static类型。

(3) 定义一个静态方法返回该类的实例。

 

方法一：

 1 /** 
 2  * 
 3  * 单例模式的实现：饿汉式,线程安全 但效率比较低 
 4  */  
 5 public class SingletonTest {  
 6 
 7     // 定义一个私有的构造方法
 8     private SingletonTest() {  
 9     }  
10 
11     // 将自身的实例对象设置为一个属性,并加上Static和final修饰符
12     private static final SingletonTest instance = new SingletonTest();  
13 
14     // 静态方法返回该类的实例
15     public static SingletonTest getInstancei() {  
16         return instance;  
17     }  
18   
19 }

优点是：写起来比较简单，而且不存在多线程同步问题，避免了synchronized所造成的性能问题；
缺点是：当类SingletonTest被加载的时候，会初始化static的instance，静态变量被创建并分配内存空间，
　　从这以后，这个static的instance对象便一直占着这段内存（即便你还没有用到这个实例），当类被卸载时，静态变量被摧毁，并释放所占有的内存，因此在某些特定条件下会耗费内存。

方法二：

 1 /**  
 2  *方法二
 3  * 单例模式的实现：饱汉式,非线程安全   
 4  *   
 5  */  
 6 public class SingletonTest {
 7 
 8     // 定义私有构造方法（防止通过 new SingletonTest()去实例化）
 9     private SingletonTest() {   
10     }   
11 
12     // 定义一个SingletonTest类型的变量（不初始化，注意这里没有使用final关键字）
13     private static SingletonTest instance;   
14 
15     // 定义一个静态的方法（调用时再初始化SingletonTest，但是多线程访问时，可能造成重复初始化问题）
16     public static SingletonTest getInstance() {   
17         if (instance == null)   
18             instance = new SingletonTest();   
19         return instance;   
20     }   
21 }

优点是：写起来比较简单，当类SingletonTest被加载的时候，静态变量static的instance未被创建并分配内存空间，当getInstance方法第一次被调用时，
　　初始化instance变量，并分配内存，因此在某些特定条件下会节约了内存；
缺点是：并发环境下很可能出现多个SingletonTest实例。

方法三：（方法二的简单优化）

 1 /**  
 2  *方法三
 3  * 单例模式的实现：饱汉式,线程安全简单实现   
 4  *   
 5  */  
 6 public class SingletonTest {
 7 
 8     // 定义私有构造方法（防止通过 new SingletonTest()去实例化）
 9     private SingletonTest() {   
10     }   
11 
12     // 定义一个SingletonTest类型的变量（不初始化，注意这里没有使用final关键字）
13     private static SingletonTest instance;   
14 
15     // 定义一个静态的方法（调用时再初始化SingletonTest，使用synchronized 避免多线程访问时，可能造成重的复初始化问题）
16     public static synchronized  SingletonTest getInstance() {   
17         if (instance == null)   
18             instance = new SingletonTest();   
19         return instance;   
20     }   
21 }

优点是：使用synchronized关键字避免多线程访问时，出现多个SingletonTest实例。
缺点是：同步方法频繁调用时，效率略低。

方法四：（单例模式的最佳实现。内存占用地，效率高，线程安全，多线程操作原子性）

方法四为单例模式的最佳实现。内存占用地，效率高，线程安全，多线程操作原子性。

 1 /**  
 2  * 方法四
 3  * 单例模式最优方案
 4  * 线程安全  并且效率高  
 5  *  
 6  */  
 7 public class SingletonTest { 
 8 
 9     // 定义一个私有构造方法
10     private SingletonTest() { 
11      
12     }   
13     //定义一个静态私有变量(不初始化，不使用final关键字，使用volatile保证了多线程访问时instance变量的可见性，避免了instance初始化时其他变量属性还没赋值完时，被另外线程调用)
14     private static volatile SingletonTest instance;  
15 
16     //定义一个共有的静态方法，返回该类型实例
17     public static SingletonTest getIstance() { 
18         // 对象实例化时与否判断（不使用同步代码块，instance不等于null时，直接返回对象，提高运行效率）
19         if (instance == null) {
20             //同步代码块（对象未初始化时，使用同步代码块，保证多线程访问时对象在第一次创建后，不再重复被创建）
21             synchronized (SingletonTest.class) {
22                 //未初始化，则初始instance变量
23                 if (instance == null) {
24                     instance = new SingletonTest();   
25                 }   
26             }   
27         }   
28         return instance;   
29     }   
30 }

 

事实上，可以通过Java反射机制来实例化private类型的构造方法，此时基本上会使所有的Java单例实现失效。