设计模式单例模式

Posted Kant101

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了设计模式单例模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

1. 概述

所谓单例模式,就是采取一些方法保证在整个的软件系统中,某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

比如 Hibernate 的 SessionFactory,它充当数据存储源的代理,并负责创建 Session 对象。SessionFactory并不是轻量级的,一般情况下,一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够了,这时就会用到单例模式。


2. 常见的几种单例模式写法

1) 饿汉式 —— 静态常量,线程安全

创建单例步骤

    1. 构造器私有化(防止外部new对象);
    1. 类的内部创建对象;
    1. 向外暴露一个静态公共方法;

代码实现

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 
	
	/**
	 * 2. 本类内部创建对象实例
	 */
	private final static Singleton instance = new Singleton();

	/**
	 * 1. 构造器私有化,防止外部new
	 */
	private Singleton () 
	

	/**
	 * 3. 向外暴露一个静态公共方法,用于获取单例对象
	 */
	public static Singleton getInstance() 
		return instance;
	

优缺点说明
(1)优点:这种方法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化,避免了线程同步问题;
(2)缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到 lazy loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个单例,则会造成内存的浪费;
(3)这种方式基于classloader机制,避免了多线程的同步问题。不过,instance在类装载时就实例化,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法,但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方法(或者其他的静态方法)导致了类装载,这时候初始化instance就没有达到 lazy loading 的效果;
(4)结论:这种单例模式可用,可能造成内存的浪费。


2) 饿汉式 —— 静态代码块,线程安全

创建单例对象步骤

1)构造器私有化,防止外部new;

2)在静态代码块执行时,创建单例对象;

3)向外暴露一个静态公共方法,用于获取单例对象。

代码实现

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    private static Singleton instance;

    /**
     * 2. 在静态代码块执行时,创建单例对象
     */
    static 
        instance = new Singleton();
    

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

	/**
     * 3. 向外暴露一个静态公共方法,用于获取单例对象
     */
    public static Singleton getInstance() 
        return instance;
    

优缺点说明

1)这种方式和上面的方式其实是类似的,只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候就执行静态代码块中的代码,初始化类的实例。优点和缺点跟上面是一样的。

2)结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费。


3) 懒汉式 —— 非同步方法,线程不安全

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    private static Singleton instance;

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

    /**
     * 2. 提供了一个静态的公有方法,当使用到改方法时,才去创建 instance
     * 即懒汉式
     */
    public static Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton();
        
        return instance;
    

优缺点说明

1)起到了 Lazy Loading 的效果,但是只能在单线程下使用;

2)如果在多线程下,一个线程进入了 if (instance == null) 判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时就会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式;

3)结论:在实际开发中,不要使用这种方式。


4) 懒汉式 —— 同步方法,线程安全

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    private static Singleton instance;

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

    /**
     * 2. 加入了同步代码,解决了线程不完全问题
     */
    public static synchronized Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton();
        
        return instance;
    

优缺点说明

1)解决了线程不安全问题;

2)效率太低了,每个线程再想获得类的实例的时候,执行了 getInstance() 方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接 return 就行了。对方法进行同步效率太低;

3)结论:在实际开发中,不推荐这种方式;


5) 懒汉式 —— 同步代码块,线程不安全

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    private static Singleton instance;

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

    /**
     * 2. 加入了同步代码,解决了线程不完全问题
     */
    public static Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            synchronized (Singleton.class) 
                instance = new Singleton();
            
        
        return instance;
    

说明

这种方式是错误的,不能起到单例的作用,在实际开发中不会采用这种方式。

当一个线程执行了 if (instance == null) 就切换到了另外一个线程,这另外一个线程执行了创建单例对象的代码,释放了锁,当再切回前一个线程时,仍然会再进入同步代码块去执行创建单例对象的代码,这样就不是单例对象了,因此该法不可取。


6) 双重检查,线程安全

注意加了 volatile 关键字,防止未初始化完成读取不到instance。

创建单例对象步骤

1)构造器私有化,防止外部new对象;

2)提供了一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题,同时解决懒加载问题
同时保证了性能(推荐使用);

package cn.edu.pku.singleton;
/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    private static volatile Singleton instance;

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

    /**
     * 2. 提供了一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题,同时解决懒加载问题
	 * 同时保证了性能(推荐使用)
     */
    public static Singleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            synchronized (Singleton.class) 
                if (instance == null) 
                    instance = new Singleton();
                
            
        
        return instance;
    

优缺点说明

1)Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次 if (instance == null) 检查,这样就可以保证线程安全了;

2)这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断 if (instance == null),直接 return 实例化对象,也避免了反复执行同步代码,保证了性能;

3)线程安全;延迟加载;性能较高;

4)结论:在实际开发中,推荐使用这种方式。


7) 静态内部类,现成安全

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/21
 */
public class Singleton 

    /**
     * 1. 构造器私有化,防止外部new
     */
    private Singleton() 
    

    /**
     * 2. 静态内部类,在调用 getInstance 方法时才会被加载,并且加载过程是线程安全的
     */
    private  static class SingletonInstance 
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    

    public static Singleton getInstance() 
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    

优缺点说明

1)外部类被装载时,它里面的静态内部类不会被装载;

2)调用外部类的 getInstance() 方法时会导致静态内部类的装载,并且只会装载一次,而且在装载时是线程安全的;

3)既能达到懒加载的效果,同时也是线程安全的,推荐使用。


8) 枚举,线程安全

package cn.edu.pku.singleton;

/**
 * @author yumu
 * @date 2022/1/23
 */
public class SingletonTest 
    public static void main(String[] args) 
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance1.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());
        System.out.println(instance1 == instance2);
    


enum Singleton 
    /**
     * 属性
     */
    INSTANCE;
    public void say() 
        System.out.println("ok~");
    

优缺点说明

1)借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式,不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象;

2)这种方式是 Effective Java 的作者 Josh Bloch 提倡的方式;

3)推荐使用;


3. 单例模式在JDK中的源码分析

在JDK中,java.lang.Runtime 就是经典的单例模式 —— 饿汉式。


4. 单例模式注意事项和细节说明

1)单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建、销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能;

2)当想实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是new一个;

3)单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁对象;创建对象时耗时较多或耗费资源过多(即重量级对象),但又经常用到的对象;工具类对象;频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、Session工厂等)。


5. 参考文献

以上是关于设计模式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

设计模式 - 单例模式(详解)看看和你理解的是否一样?

单例模式再议

Python——单例设计模式

python中实现单例模式

java 静态方法和单例模式的区别

单例模式与静态方法的区别