23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)

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23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)





创建型模式是用来创建对象的模式,抽象了实例化的过程,帮助一个系统独立于其他关联对象的创建、组合和表示方式。
单例模式目的: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。



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单例模式也是创建型的设计模式之一,本文是 设计模式系列(共24节) 的第2篇文章。
设计模式是基于六大设计原则进行的经验总结:《
创建型设计模式共5种:
  • 单例模式(Singleton Pattern):一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

  • 工厂方法模式(Factory Pattern):在工厂方法模式中,工厂类成为了抽象类,实际的创建工作将由其具体子类来完成。

  • 抽象工厂模式(Abstract Factory):抽象工厂可以向客户提供一个接口,创建多个产品族中的产品对象,强调的是“对象系列”的变化。

  • 建造者模式(Builder Pattern):把构造对象实例的逻辑移到了类的内部,在类的外部定义了该类的构造逻辑,强调的是产品的构造过程。

  • 原型模式(Prototype Pattern):原型模式和工厂模式一样,同样对客户隐藏了对象创建工作具体的实现细节,通过复制一个现有的对象生成新对象。

23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)



23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
单例模式是什么




单例模式(Singleton Pattern)可以说是整个设计中最简单的模式之一,且这种模式即使在没有看设计模式相关资料也经常在编码开发中。
因为在编程开发中经常会遇到这样一种场景,那就是需要保证一个类只有一个实例哪怕多线程同时访问,并需要提供一个全局访问此实例的点。
综上以及我们平常的开发中,可以总结一条经验,单例模式主要解决的是,一个全局使用的类频繁的创建和消费,从而提升提升整体的代码的性能。


23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)

23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)



23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
普通模式(非线程安全)






普通模式的特点是:不允许外部直接创建,且对象是全局共享。


下面 例子1 是普通实现方法的单例模式,也是我们最常用的:


/** * 普通写法 */public class SingletonCase1 { private static SingletonCase1 singleton = null; public SingletonCase1() { } /** * 并发下会产生多个实例 */ public static SingletonCase1 getInstance(){ if (singleton == null){ singleton = new SingletonCase1(); } return singleton; }}


代码分析:

因此虽然在默认的构造函数上添加了私有属性private,也确实满足了懒加载,但是如果有多个访问者同时去获取对象实例,你可以想象很多人在抢厕所,就会造成多个同样的实例并存,所以是非线程安全的





23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
饿汉模式(线程安全)






饿汉式单例模式的特点是:类在加载时就直接初始化了实例。即使没用到,也会实例化,因此,它也是线程安全的单例模式。


下面 例子2 是饿汉模式:


/** * 饿汉式 * 饿汉式的特点是:类在加载时就直接初始化了实例。即使没用到,也会实例化,因此,也是线程安全的单例模式。 */public class SingletonCase3 { /**类在加载的时候直接进行初始化*/  private static SingletonCase3 singleton = new SingletonCase3(); public SingletonCase3() { } /** * 对外暴露唯一接口 * 提供单例对象 */ public static SingletonCase3 getInstance(){ return singleton; }}




23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
懒汉模式(加锁&线程安全)






懒汉式单例模式的特点:对比普通模式,给方法加了排它锁,这是线程安全的写法;对比饿汉模式,全局对象只会在用到时才会进行初始化。


下面 例子3 是懒汉模式:


/** * 懒汉式,对比SingletonCase1,给方法加了排它锁,这是线程安全的写法。 * 用到这个实例时才去调用方法实例化。但是,我们把整个方法都同步了,效率很低下,我们可以继续优化,只在创建实例的地方加上同步 */public class SingletonCase2 { private static SingletonCase2 singleton = null; public SingletonCase2() { } /** * 整个方法锁住了,效率较低 * @return */ public synchronized static SingletonCase2 getInstance(){ if (singleton == null){ singleton = new SingletonCase2(); } return singleton; }}




23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
双重校验模式






双重校验模式的特点:考虑到多线程下的并发操作,全局对象使用了  修饰,同时在对象初始化时进行加锁防止对象被其他线程重复创建。

此处可以参考《Java并发编程实战》的


下面 例子4 是双重校验模式:


/** * 双重非空判断,new对象前加一次锁。 * volatile关键字,考虑的是,new关键字在虚拟机中执行时其实分为很多步骤,具体原因可以参考深入理解java虚拟机一书(考虑的是这个new关键字字节码执行时是非原子性的),而volatile关键字可以防止指令重排。 */
public class SingletonCase4 {
/**volatile防止指令重排*/ private static volatile SingletonCase4 singleton;
public SingletonCase4() { }
/** * 只是在实例为空时才进行同步创建 * 为什么做了2次判断? * A线程和B线程同时进入同步方法 getInstance * 然后都在1位置处判断了实例为null * 然后都进入了同步块2中 * 然后A线程优先进入了同步代码块2中(B线程也进入了),然后创建了实例 * 此时,如果没有3处的判断,那么A线程创建实例同时,B线程也会创建一个实例 * 所以,还需要做2次判断 * */ public static SingletonCase4 getInstance(){ if (singleton == null){ synchronized (SingletonCase4.class){ if (singleton == null){ singleton = new SingletonCase4(); } } } return singleton;  }}




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内部类模式






内部类模式的特点是:由于静态内部类跟外部类是平级的,所以外部类加载的时候不会影响内部类,因此实现了懒加载。


下面 例子5 是内部类模式:


/** * 内部类 * 优点:由于静态内部类跟外部类是平级的,所以外部类加载的时候不会影响内部类,因此实现了lazy loading, 同时也是利用静态变量的方式, * 使得INSTANCE只会在SingletonHolder加载的时候初始化一次,从而保证不会有多线程初始化的情况,因此也是线程安全的。 */public class SingletonCase5 { //静态内部类,懒加载:在被用到时才加载(根据内部类不会在其外部类被加载的同时被加载的事实) private static class SingletonCase5Holder{ private static final SingletonCase5 singleton = new SingletonCase5();  } public SingletonCase5() {  } public static SingletonCase5 getInstance(){ return SingletonCase5Holder.singleton;  }}



23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
枚举类模式






枚举类模式的特点是:创建一个枚举类,封装一个对象,通过枚举类的私有构造器,强化了单例模式,且实现了懒加载,当唯一全局入口被调用才会初始化对象。

此处可以参考《Effective Java》的  以及 


下面 例子6 枚举类模式:


/** * 枚举类 * 本质就是:创建一个枚举类,封装一个对象,枚举类私有构造器中初始化对象 */
public class SingletonCase6 { enum SingletonEnum { //懒加载,创建一个枚举对象,该对象天生为单例 INSTANCE; private SingletonCase6 singleton;
//私有化枚举的构造函数(强调不可外部实例化) private SingletonEnum() { singleton = new SingletonCase6(); }
public SingletonCase6 getSingleton() { return singleton; } }
private SingletonCase6() { }
  public static SingletonCase6 getInstance(){
getInstance(); }}





23天读懂23种设计模式:单例模式(创建型)
总结




单例模式应该是最常见的设计模式之一了,它归类在设计模式创建型模式,用于解决对象创建的对象复用问题。
创建型模式还包括:原型模式、工厂模式、抽象工厂模式和建造者模式,待后续我们再细细解读。



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