GOF23设计模式--单例模式

Posted 2020-06-26

woonu

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了GOF23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。

核心作用：

保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点

常见应用场景

windows的任务管理器
windows的回收站
项目中，读取配置文件的类
网站的计数器，否则难以同步
应用程序的日志应用，一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加
数据库连接池的设计一般也是采用单例，因为数据库连接是一种数据库资源
Servlet的Application内置对象
Servlet编程中每个servlet也是单例的
Spring中每个bean默认就是单例的，这样做的有点是spring容器可以管理
spring mvc框架/struts1框架，控制器对象也是单例

单例模式的优点：

由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决
单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化环共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理

常见的五种单例模式实现方式

主要:

饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延时加载）
懒汉式（线程安全，调用效率不高。但是，可以延时加载）

其他：

双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不建议使用）
静态内部类式（线程安全，调用效率高。但是，可以延时加载）
枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延时加载）

1、饿汉式实现（单例对象立即加载）

例1：

    /**
     * 饿汉式单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo1 {
    
        //类初始化时立即加载这个对象（没有延时加载的优势）。加载时，天然的是线程安全的！
        private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
        
        //构造私有防止外部创建对象
        private SingletonDemo1() {
        }
        
        //方法没有同步，调用效率高
        public static SingletonDemo1 getInstance(){
            return instance;
        }
    }

小结:

饿汉式单例模式代码中，static变量会在类装载时初始化，此时也不会涉及多个线程对象访问该对象的问题。虚拟机保证只会装载一次该类，肯定不会发生并发访问的问题。因此，可以省略synchronized关键字
问题：

如果只是加载本类，而不是要调用getInstance()，甚至永远没用调用，则会造成资源浪费

2、懒汉式实现（单例对象延迟加载）

例2:

    /**
     * 懒汉式单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo2 {
        
        //延迟加载，用的时候在创建
        private static SingletonDemo2 instance;
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo2() {
        }
        
        //方法同步，调用效率低
        public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
            if(instance==null){
                instance = new SingletonDemo2();
            }
            return instance;
        }
    }

小结：

优点：

lazy load! 延迟加载，懒加载！真正用的时候才加载

问题：

资源利用率高了，但是每次调用getInstance()方法都要同步，并发效率较低。

3、双重检测锁实现

例3：

    /**
     * 双重检测锁实现单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo3 {
        
        //延迟加载，用的时候在创建
        private static SingletonDemo3 instance;
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo3() {
        }
        
        //方法同步双重校验锁
        public static synchronized SingletonDemo3 getInstance(){
            if(instance==null){
                synchronized (SingletonDemo3.class) {
                    if(instance==null){
                        instance = new SingletonDemo3();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

小结：

说明：

这个模式将同步内容下方到if内部，提供了执行的效率，不必每次获取对象时都进行同步，只有第一步才同步，创建了以后就没必要了。

问题：

由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，不建议使用。

4、静态内部类实现方式（也是一种懒加载方式）

例4：

    /**
     * 静态内部类实现单例模式
     * 线程安全、调用效率高、实现了延时加载
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo4 {
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo4() {
        }
        
        //final 可不加
        private static class SingletonClassInstance{
            private static final  SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
        }
        
        public static SingletonDemo4 getInstance(){
            return SingletonClassInstance.instance;
        }
    }

小结：

外部类有没static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象
只有真正调用getInstance()，才会加载静态内部类。加载类时是线程安全的。instance是static final类型，保证了内存中只有这样一个实例存在，而且只能被赋值一次，从而保证了线程安全性。
兼备了并发高效率调用和延迟加载的优势！

5、使用枚举实现单例模式

例5：

    /**
     * 使用枚举实现单例模式
     * 没有延时加载
     * @author qjc
     */
    public enum SingletonDemo5 {
        
        //这个枚举元素，本身就是单例对象
        INSTANCE;
        
        //添加自己需要的操作
        public void singletonOperation(){
            
        }
    }