『设计模式』我就要一个对象，你别给我这么多好不好！---单例模式

Posted 2021-04-25 风骨散人

引入

作为一个现代社会文明青年，我觉得一夫一妻制非常合理。有些男人富裕了点，就想多照顾几个女人的行为，真的不可取，有的时候法律在这些面前显得难以生效，毕竟重婚罪又不能限制婚外情，多找几个对象。人尚且如此，何况程序呢，面对只能实例化一个对象的程序，我们该如何处理呢？我们今天就来看一下单例模式！

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

• 单例类只能有一个实例。
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

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。

主要解决：

一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：

当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

优点

实例控制：单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。灵活性：因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。

缺点

开销：虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。可能的开发混淆：使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。对象生存期：不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于.NET Framework的语言），只有单例类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致单例类中出现悬浮引用。不符合单一职责原则没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

实现：

单例模式的 UML 图

创建一个 Singleton 类

package 单例模式;
public class Singleton { private static Singleton singleobj;
 private Singleton() {}//通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义） public Singleton newinstance() { if(singleobj!=null) return singleobj; else { singleobj=new Singleton(); return singleobj; } }  public void dosomething() { System.out.println("一个女朋友就够了！！！"); }  }

从 singleton 类获取唯一的对象

package 单例模式;
public class SingletonTest {
 public static void main(String[] args) { // SingleObject object = new SingleObject(); // 编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
 Singleton SingleT = Singleton.newinstance(); //获取唯一可用的对象 SingleT.dosomething();
 }
}

执行程序，输出结果：

一个女朋友就够了！！！

进阶

看完前面的实列，但是并不能真正的应用在实际应用中，因为在现实的中更多的涉及到线程的问题，所以，给大家展示一下以下的方法。

1. 懒汉式(线程不安全,不支持多线程)

对比：

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：否
• 实现难度：易

描述: 这种方式是最基本的实现方式，也就是前面提到的方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作，在多线程系统的今天，一般很少使用。

实例

package 单例模式;
public class Singleton { private static Singleton singleobj;  private Singleton() {}//通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义）  public Singleton newinstance(){ if(singleobj!=null) return singleobj; else { singleobj=new Singleton(); return singleobj; } }  public void dosomething() { System.out.println("一个女朋友就够了！！！"); }}

2. 懒汉式(线程安全,支持多线程)

对比：

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：易

描述： 这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步，可以说是一种以时间换空间的方法。

• 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
• 缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率，虽然getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）

实例

package 单例模式;
public class Singleton { private static Singleton singleobj;
 private Singleton() { }// 通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义）
 public static synchronized Singleton getinstance() {//synchronized 才能保证多线程单例 if (singleobj != null) return singleobj; else { singleobj = new Singleton(); return singleobj; } }
 public void dosomething() { System.out.println("一个女朋友就够了！！！"); }}

3. 饿汉式(线程安全,支持多线程)

对比：

• 是否 Lazy 初始化：否
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。即以空间换时间的方式。优点：没有加锁，执行效率会提高。缺点：类加载时就初始化，浪费内存。它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题， 虽然避免了多线程时调用getinstance时的线程问题，但是不能避免的是其他静态方法也能创建singleton对象。

实例

package 单例模式;
public class Singleton { private static Singleton singleobj = new Singleton();
 private Singleton() { }// 通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义）
 public static synchronized Singleton getinstance() { return singleobj; }
 public void dosomething() { System.out.println("一个女朋友就够了！！！"); }
}

4.双检锁/双重校验锁 "DCL，即 double-checked locking"(线程安全,支持多线程)

对比：

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：较复杂

描述： 这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

实例

package 单例模式;
public class Singleton { private volatile static Singleton singleobj;
 private Singleton() { }// 通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义）
 public static synchronized Singleton getinstance() { if (singleobj == null) {  synchronized (Singleton.class) {  if (singleobj == null) {  singleobj = new Singleton();  }  }  }  return singleobj;  }
 public void dosomething() { System.out.println("一个女朋友就够了！！！"); }
} 

其余方法： 登记式/静态内部类,枚举

应用实例

配置文件，如果被系统的很多地方使用，那么不能总是去打开文件吧，那样很占用资源，所以我们可以使用单例模式，返回配置文件对象。

package 单例模式;
import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.IOException;import java.util.Properties;
public class Singel_Loder { //饿汉Hunger方式 private static Singel_Loder singleobj = new Singel_Loder();
 private Singel_Loder() { }// 通过private限定，不能通过new建立对象，也不能继承（可以有继承操作，但是无意义） private static Properties props = new Properties();  static {  try {  props.load(new FileInputStream("配置文件.properties"));  } catch (FileNotFoundException e) {  e.printStackTrace();  System.exit(-1);  } catch (IOException e) {  System.exit(-1);  }  }
 public static Singel_Loder getinstance() { return singleobj; }
 public Properties getpro() {  return props; }}

package 单例模式;
import java.util.Properties;
public class SingletonTest {
 public static void main(String[] args) { Singel_Loder sloder=Singel_Loder.getinstance(); Properties pro=sloder.getpro(); /** 借助配置文件做一些事情  */ }
}

如果有什么想看的，可以私信我，如果在能力范围内，我会发布相应的博文！感谢大家的阅读！

以上是关于『设计模式』我就要一个对象，你别给我这么多好不好！---单例模式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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