不得不会的23种Java设计模式——单例模式

Posted 2021-04-25 喝一杯咖啡吧

不得不会的23种设计模式（一）——单例模式

• 为什么要学习设计模式

• 设计模式遵循的原则

• 单一职责原则

• 开放封闭原则

• 依赖倒转原则

• 里氏代换原则

• 迪米特法则

• 设计模式的分类

• 单例模式

• 适用场景

• 案例

• 单例模式的分类

• 饿汉式

• 懒汉式

• 双重检测锁

• 静态内部类

• 枚举方式

为什么要学习设计模式

想一想为什么要学习数据结构和算法，就想清楚了为什么要学习设计模式了
软件设计模式（Design pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

设计模式遵循的原则

单一职责原则

就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
如果一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在一起，一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其他职责的能力。这种耦合会导致脆弱的设计，当变化发生时，设计会遭受意想不到的破坏。

开放封闭原则

软件实体（类、模块、函数等等）应该可以扩展，但是不可以修改。
这个原则其实有两个特征，一个是“对于扩展时开放的”，另一个是“对于更改时封闭的”。

依赖倒转原则

抽象不应该依赖细节，细节应该依赖于抽闲。
依赖倒转原则：
A. 高层模块不应该依赖底层模块。两个都应该依赖抽象。
B. 抽象不应该依赖细节。细节应该依赖抽象。

里氏代换原则

子类必须能够代替它们的父类型。
因为有了这个原则，使得继承复用成为了可能，只有当子类可以替换掉父类，软件单位的功能不受到影响时，父类才能真正被复用，而子类也能够在父类的基础上添加新的行为。

迪米特法则

如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。
1.迪米特法则首先强调的前提是在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低成员的访问权限，也就是说，一个类包装好自己的private状态，不需要让别的类知道的字段或行为就不要公开。
2.类之间的耦合越弱，越有利于复用，一个处在弱耦合的类被修改，不会对有关系的类造成波及。也就是说，信息的隐藏促进了软件的复用。

设计模式的分类

• 创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象的实例化过程。

• 结构型模式：把类或对象结合在一起形成一个更大的结构。

• 行为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法。
  

单例模式

保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在

适用场景

• 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

• 省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

• 有些类比如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

案例

package test19;

public class Singleton {
    /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
    private static Singleton instance = null;

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 静态方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

package test19;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton == singleton1);
    }
}

单例模式的分类

饿汉式

类初始化时创建单例，线程安全，适用于单例占内存小的场景。

package test19;

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 静态方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式

需要创建单例实例的时候再创建，需要考虑线程安全（性能不太好）

package test19;

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 静态方法，创建实例 */
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(null == instance){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

双重检测锁

效率高（假如两个线程A和B，A执行了if（instance == null）语句，它会认为单例对象没有创建，此时线程切到B也执行了同样的语句，B也认为单例对象没有创建，然后两个对象依次执行同步代码块）

package test19;

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }
    /* 静态方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        // 创建单例对象成功之后，直接跳过该段逻辑
        if(null == instance){
            synchronized (Singleton.class){
                if(null == instance){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类

同时保证延迟加载和线程安全

package test19;

public class Singleton {
    //静态内部类
    private static class SingletonHolder{
        public static Singleton instance = new Singleton();
    }
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }
    /* 静态方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

枚举方式

除了线程安全和防止反射调用构造器，还提供了自动序列化机制，防止反序列化的时候创建新的对象。

package test19;

public enum Singleton {
    instance;
}

package test19;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.instance;
        Singleton singleton1 = Singleton.instance;
        System.out.println(singleton == singleton1);
    }
}