专题系列设计模式—— 七：单例模式

Posted 2021-04-25 java大数据修炼之道

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【专题系列】设计模式—— 七：单例模式

来源 | https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/12353205.html

什么是单例模式？
单例模式的实现

饿汉式
懒汉式
线程安全的懒汉式
登记式

单例模式的优缺点

单例模式的优点
单例模式的缺点

单例模式是23个模式中比较简单的模式，应用也非常广泛

什么是单例模式？

单例模式的定义：

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某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。）

单例设计模式通用类图如下：

7-1：单例设计模式通用类图

【专题系列】设计模式—— 七：单例模式

Sngleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）。

单例模式的通用实例如下：

public class Singleton {
	private static final Singleton singleton = new Singleton();

	// 限制产生多个对象
	private Singleton() {
	}

	// 通过该方法获得实例对象
	public static Singleton getSingleton() {
		return singleton;
	}

	// 类中其他方法，尽量是static
	public static void doSomething() {
	}
}

单例模式的实现

单例模式的实现主要有饿汉式、懒汉式、登记式。

饿汉式

/**
 *
 * @description: 饿汉式
 * @author 三分恶
 * @date 2020年3月7日
 */
public class HungrySingleton {
	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
    private static volatile HungrySingleton instance  = new HungrySingleton();

    //构造函数私有化
    private HungrySingleton() {
        
    }

    //获取类的实例
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式

/**
 * 懒汉式单例模式
 * @author 三分恶
 *
 */
public class LazySingleton {
	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
    private static LazySingleton instance = null;

    // 构造函数私有化
    private LazySingleton() {
    }

    public static LazySingleton getInstance() {
        //先判断是否存在当前类的实例
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

线程安全的懒汉式

懒汉式单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题，若系统压力增大，并发量增加时则可能在内存中出现多个实例，破坏了最初的预期。

可以使用JDK的synchronized同步代码块来解决懒汉式线程安全问题。

/**
 * @description: 线程安全懒汉式
 * @author 三分恶
 * @date 2020年3月8日
 */
public class SynchronizedLazySingleton {

	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
	private static SynchronizedLazySingleton instance = null;

	// 构造函数私有化
	private SynchronizedLazySingleton() {
	}

	public static SynchronizedLazySingleton getInstance() {
		if (instance != null) {
			return instance;
		}

		synchronized (SynchronizedLazySingleton.class) {
			if (instance == null) {
				instance = new SynchronizedLazySingleton();
			}
		}
		return instance;
	}

	/*也可以用synchronized关键字修饰getInstance方法来实现
 * public static synchronized SynchronizedLazySingleton getInstance() { if
 * (instance != null) { return instance; }
 *
 * if (instance == null) { instance = new SynchronizedLazySingleton(); } return
 * instance; }
 */
}

登记式

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * @description: 登记式，类似类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取
 * @author 三分恶
 * @date 2020年3月8日
 */
public class RegisterSingleton {
	private static Map<String, RegisterSingleton> map = new ConcurrentHashMap<>();

	//
    protected RegisterSingleton() {
    }

    public static RegisterSingleton getInstance(String name) {
        if (name == null) {
            name = RegisterSingleton.class.getName();
        }
        if (map.get(name) != null) {
            return map.get(name);
        }
        try {
            RegisterSingleton result = (RegisterSingleton)Class.forName(name).newInstance();
            map.put(name, result);
            return result;
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public Map<String, RegisterSingleton> getMap() {
        return map;
    }
}

单例模式的优缺点

单例模式的优点

● 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。

● 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM 垃圾回收机制）。

● 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

● 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

单例模式的缺点

● 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。

● 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

● 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

单例模式的应用比较广泛，其中最经典的是在Spring中，每个Bean默认是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理这些Bean的生命期，决定什么时候创建出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理，等等。如果采用非单例模式（Prototype类型），则Bean初始化后的管理交由J2EE容器，Spring容器不再跟踪管理Bean的生命周期。

参考：
【1】：《设计模式之禅》
【2】：《图解设计模式》
【3】：《Design-Pattern包教不包会(设计模式包教不包会) 》

【专题系列】设计模式—— 七：单例模式