Java 设计模式之单例学习与掌握

Posted 2021-10-29 邹奇

文章目录

• 定义
• 特点
• 优缺点
• 应用场景
• 实现
• • 懒汉式单例
  • 饿汉式单例
• 单例模式的扩展

定义

• 某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。

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特点

• 单例类只有一个实例对象；
• 该单例对象必须由单例类自行创建；
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。

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优缺点

• 优点

可以避免对资源的多重占用。
单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。
单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。

• 缺点

单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。
单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。
在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。

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应用场景

• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用。
• 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少 GC。
• 某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。
• 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
• 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例，则系统会完全乱套。
• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。

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实现

Singleton 模式通常有两种实现形式。

懒汉式单例

该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：

package com.example.designmodedemo.principle.singleton.lazy;

/**
 * 懒汉式 单例
 * 特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。
 * 每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。
 */
public class LazySingleton {

    // 保证 instance 在所有线程中同步
    private static volatile LazySingleton instance;

    private LazySingleton(){
        // 避免类在外部被实例化
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }

}

如果编写的是多线程程序，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。

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饿汉式单例

该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

package com.example.designmodedemo.principle.singleton.hungry;

/**
 * 饿汉式 单例
 * 该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。
 */
public class HungrySingleton {

    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton(){

    }

    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。

上面两种单例的实现也并不是任何情况下都是最优的，还可以在某些情况下加上双重检测机制，来最大化性能。双重检测锁的单例模式之volatile

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单例模式的扩展

单例模式可扩展为有限的多例（Multitcm）模式，这种模式可生成有限个实例并保存在 ArrayList 中，客户需要时可随机获取。

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技术永不眠！我们下期见！