设计模式之单例模式

Posted 2020-12-23 lhdeng1991

目录：

• 什么是单例模式
• 单例模式的应用场景
• 单例模式的优缺点
• 单例模式的实现
• 总借

一、什么是单例模式

　　单例模式顾名思义就是只存在一个实例，也就是系统代码中只需要一个对象的实例应用到全局代码中，有点类似全局变量。例如，在系统运行时，系统需要读取配置文件中的参数，在设计系统的时候读取配置文件的类往往设计成单例类。因为系统从启动运行到结束，只需要读取一次配置文件，这个读取配置文件全部由该类负责读取，在全局代码中只需要使用该类即可。这样不仅简化了配置文件的管理，也避免了代码读取配置文件数据的不一致性。

 

 单例模式的特点：

　　1、该类的构造方法声明为private，这样其他类无法初始花该类，只能通过该类的public方法获取该类的对象。

　　2、里面有个私有的对象成员，该成员对象是类本身，用于public方法返回该类的实例。

　　3、该类中提供一个public的静态方法，返回该类的私有成员对象。

 

二、单例的应用场景

 

  举一个小例子，在我们的windows桌面上，我们打开了一个回收站，当我们试图再次打开一个新的回收站时，Windows系统并不会为你弹出一个新的回收站窗口。，也就是说在整个系统运行的过程中，系统只维护一个回收站的实例。这就是一个典型的单例模式运用。

 

  继续说回收站，我们在实际使用中并不存在需要同时打开两个回收站窗口的必要性。假如我每次创建回收站时都需要消耗大量的资源，而每个回收站之间资源是共享的，那么在没有必要多次重复创建该实例的情况下，创建了多个实例，这样做就会给系统造成不必要的负担，造成资源浪费。

 

  再举一个例子，网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，如果你存在多个计数器，每一个用户的访问都刷新计数器的值，这样的话你的实计数的值是难以同步的。但是如果采用单例模式实现就不会存在这样的问题，而且还可以避免线程安全问题。同样多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池需要方便对池中的线程进行控制

 

  同样，对于一些应用程序的日志应用，或者web开发中读取配置文件都适合使用单例模式，如HttpApplication 就是单例的典型应用。

 

  从上述的例子中我们可以总结出适合使用单例模式的场景和优缺点：  

 

   适用场景：

　　1.需要生成唯一序列的环境

　　2.需要频繁实例化然后销毁的对象。

　　3.创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。 

　　4.方便资源相互通信的环境

 

 

三、单例模式的优缺点

　　优点：

　　　　1、在内存中只有一个对象，节省内存空间；

　　　　2、避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能；

　　　　3、避免对共享资源的多重占用，简化访问；

　　　　4、为整个系统提供一个全局访问点。

　　缺点：

　　　　1、不适用于变化频繁的对象；

　　　　2、滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；

　　　　3、如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为该对象是垃圾而被回收，这可能会导致对象状态的丢失；

 

四、单例模式的实现

　　1、饿汉式

public class Mgr{
    //创建自己的实例，并初始化私有静态final成员
    private static final Mgr mgr = new Mgr();
    //私有构造方法
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，返回自己的实例化成员
    public static Mgr getMgr() { 
        return  mgr;
    }
}

　　备注：该单例实现方法简单明了，推荐使用。该类被JVM加到内存的时候，只会加载一次，并且只实例化一个单例，优点是具有线程安全性，缺点是：不用他也在内存中实例化，浪费内存。所以提出了懒散式实现方式。

　　2、懒汉式

public class Mgr{
   //声明私有静态对象成员，作为返回值
    private static Mgr mgr;
   //私有构造函数
    private Mgr() {}; 
   //懒汉的特点，提供公共静态方法，如果该成员对象为空，实例化并返回
    public static Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr =  = new Mgr();
        }
         return  mgr;
     }
}

　　备注：（不推荐用）这种实现方法只有程序在调用该类的getMgr方法才实例话对象并返回，特点就是调用的时候再实例化并返回，延迟加载的被动形式。但是该实现方法不是线程安全的，因为当同时有有两个线程执行到if(mgr==null)语句的时候，由于某些原因其中一个线程先一步执行下一句，实例化了对象并返回；两一个线程再实例化对象在返回，这两个线程返回的对象不是同一个对象（这难道还是单例吗！），所以该实现方法的缺点也很明显。那为了避免线程不安全问题，在懒汉写法上提出加锁的实现方式。

　　3、给公共方法加锁

public class Mgr{
    //声明私有静态对象成员，作为返回值
    private static Mgr mgr;
    //私有构造函数
    private Mgr() {}; 
    //给公共方法加锁，只有一个线程第一次获得锁实例化对象并返回
    public static syncnronized Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr = new Mgr();
        }
        return  mgr;
   }
}

　　备注：（推荐使用）这种实现方式比较完善，既保证了懒散式的延迟加载方式，也保证了线程安全。缺点是在整个方法上加锁，导致性能下降。因为只有第一次获得锁的线程实例化对象并返回，以后的线程获得锁的时候执行 if（mgr == null）语句的时候，由于mgr已经实例化了不为空，直接跳过返回实例。整个过程要竞争锁，不能并发执行导致性能下降。那为优化性能下降问题，那我只在mgr = new Mgr（）上加锁，保证锁粒度最小化的同时保证单例实例化。

　　4、给实例化加锁

public class Mgr{
    //私有静态成员对象
    private static Mgr mgr;
    //私有构造函数
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，在实例化语句块加锁，保证单例
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            syncnronized（Mgr.class）{
                mgr = new Mgr();
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　备注：（不推荐使用）该实现方法虽然相较方法3性能有所提升，但并不能保证线程安全。因为当两个线程同时执行if（mgr == null）语句时，其中线程1获取锁，实例化对象并返回，线程2在获得锁又在实例化对象并返回。线程1和线程2获取的对象并不是同一个。所以在此基础上提出了双重判断方式。

5、双重判断加锁

public class Mgr{
    //私有静态成员对象
    private static  Mgr mgr;
    //私有构造函数
    private Mgr() {}; 
    //公共方法提供双重判断并在实例化代码块加锁
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){ //第一次判断
            syncnronized（Mgr.class）{
                if（mgr == null）{ //第二次判断
                    mgr =  = new Mgr();
                }      
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　备注：（推荐使用）相较于方法4，该方法双重判定，如果多线程同时执行到第一次判断语句位置，其中一个线程获得锁，由于是第一次该对象成员为空，实例化后并返回。其后其它线程调用公共方法的时候，由于实例化了，在第一次判断自接返回实例，不在产生锁竞争。大大提高了效率，保证了线程的安全性，也保证了延迟加载的特性。

 6、静态内部类

public class Mgr{
    private Mgr() {};
    //定义静态内部类
    private static class MgrHolder{
        private final static Mgr mgr = new Mgr();
    } 
    //公共方法直接返回静态内部类的实例对象
    public static  Mgr getMgr() {
        return  MgrHolder.mgr;
  }
}

　　备注：（可使用）该实现方法通过JVM来保证线程安全性，静态内部类MgrHolder来New一个Mgr对象，JVM只会加载一次Mgr类（静态内部类不会加载），当类调用getMgr方法的时候，也只会调用一次，公共方法调用静态内部类，获取一个对象（也是实现懒加载）。所以也是线程安全的。

7、枚举类单例模式

public enum Mgr{
    mgr;
    public void m(){} //业务方法
}

　　备注：（推荐使用）jdk1.5之后才能正常达到单例效果，参考来自《Effective Java》。注意枚举类的枚举变量必须写在第一行，后面实现业务代码。调用方式是：Mgr.mgr.Function_Name();具备枚举类型的特点，有点是：线程同步，防止反序列化。

五、总结

　　通过上面几种单例模式的实现方式的列举，但是在实际应用中其中的2，3，4三种方式并不适用，列出来只是让读者更好的理解方式5的由来，起到抛砖引玉的作用，更好的理解单例模式。总之常用的四种，懒汉，双重校验锁，静态内部类，枚举单例。

　　饿汉：类加载的时候就创建实例，所以是线程安全的，但不能延迟加载。

　　双重校验锁：线程安全，效率较高，延迟加载。

　　静态内部类：实现起来比较麻烦，在不同的编译器上会出现不可预知的错误。

　　枚举单例：很好，不仅避免了多线程同步问题，而且能反正反序列化重新创建对象，但是不能延迟加载，用的人少。

 

• 读者发现有什么有问题的地方谢谢留言指正。部分参考自：https://www.cnblogs.com/xuwendong/p/9633985.html#_label0