设计模式单例模式

Posted 2020-10-03 滴滴滴滴哒

单例设计模式是设计模式中使用最为普通的模式之一。它是一种对象创建模式，用于产生一个对象的实例，它可以确保系统中一个类只产生一个实例。在Java语言中，这样的行为能带来两大好处：

　　(1)对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销。

　　(2)由于new操作的次数越少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。

因此对于系统的关键组件和被频繁使用的对象，使用单例模式可以有效地改善系统的性能。

单例模式的参与者和参与者非常简单，只有单例类和使用者两个，如下图：

　　单例模式的核心在于通过一个接口返回唯一的对象实力。一个简单的单例实现

public class Singleton {
	private Singleton(){
		System.out.println("Singleton is create.");//创建单例的过程可能会比较慢
	}
	private static Singleton instance = new Singleton();
	public static Singleton getInstance(){
		return instance;
	}
}

　　注意代码中标注红色的部分，首先单例类必须要有一个private访问级别的构造函数，只有这样，才能确保单例不会在系统中的其他代码内被实例化，这是相当重要的；其次instance成员变量和getInstance()方法必须是static的。

　　这种单例的实现方式很简单，而且十分可靠。他唯一不足仅是无法对instance实例做延迟加载。假如单例的创建过程很缓慢，而由于instance成员变量是static定义的，因此在JVM加载单立时，单例对象就会被建立，如果此时这个单例在系统中汉扮演其他角色，那么在任何使用这个单例的地方都会初始化这个单例变量，而不管是否会被用到。比如单例类作为String工厂，用于创建一些字符串（该类及用于创建单例Singleton,又用于创建String对象）：

public class Singleton {
	private Singleton(){
		System.out.println("Singleton is create.");//创建单例的过程可能会比较慢
	}
	private static Singleton instance = new Singleton();
	public static Singleton getInstance(){
		return instance;
	}
	public static void createString(){//这是单例扮演其他角色
		System.out.println("createString in Singleton.");
	}
}

　　当时用Singleton. createString()执行任务时，程序输出如下图：

　　从输出结果可以看到，虽然此时并没用使用单例类，但它还是被创建出来，这也许是开发人员不愿意看到的。为了解决这个问题，并以此提高系统在相关函数调用时的反应速度，就需要引入延迟加载机制。

public class LazySingleton {
	private LazySingleton(){
		System.out.println("LazySingleton is create.");//创建单例的过程可能会比较慢
	}
	private static LazySingleton instance = null;
	public static synchronized LazySingleton getInstance(){
		if(instance==null){
			instance = new LazySingleton();
		}
		return instance;
	}
}

　　首先，对于静态成员变量instance初始值赋予null，确保系统启动时没有额外的负载；其次，在getInstance()工厂方法中，判断当前单例是否存在，若存在则返回，不存在则再创建单例。这里尤其还要注意，getInstance()方法必须是同步的，否则在多线程环境下，当线程1正再创建单例时，完成赋值操作前，线程2可能判断instance为null，故线程2也将启动新建单例的程序，而导致多个实例被创建，故同步关键字是必须的。

　　使用上例中的单例实现，虽然实现了延迟加载的功能，但和第一种方法相比，它引入了同步关键字，因此在多线程环境中，它的时耗要远远大于大于第一种单例模式。

　　为了使用延迟加载引入同步关键字反而降低了系统性能，是不是有点得不偿失？为了解决这个问题，还需要对其进行改进：

public class StaticSingleton {

	private StaticSingleton(){
		System.out.println("StaticSingleton is create.");
	}
	private static class SingletonHolder{
		private static StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
	}
	public static StaticSingleton getInstance(){
		return SingletonHolder.instance;
	}
}

　　在这个实现中，单例模式使用内部类来维护单例的实例，当StaticSingleton被加载时，其内部类并不会被初始化，故可以确保当StaticSingleton类被载入JVM时，不会初始化单例类，而当getInstance()方法被调用时，才会加载SingletonHoider，从而初始化instance。同时，由于实例的建立是在类加载时完成，故天生对多线程友好，getInstance()方法也不需要使用同步关键字。因此，这种实现方式同时兼备以上两种实现的优点。

　　通常情况下，用以上方式实现的单例已经可以确保在系统中只存在唯一实例了。但仍然有例外情况，可能导致系统生成多个实例，比如在代码中，通过反射机制，强行调用单列类的私有构造函数，生成多个单例。

　　一个可以被串行化的单例：

public class SerSingleton implements Serializable{

	String name;
	
	private SerSingleton(){
		System.out.println("SerSingleton is create.");
		name = "SerSingleton";
	}
	
	private static SerSingleton instance = new SerSingleton();
	
	public static SerSingleton getInstance (){
		return instance;
	}
	
	public static void createString(){
		System.out.println("createString in Singleton.");
	}
	
	private Object readResolve(){
		return instance;
	}
}