设计模式---单例模式

时间:2020-10-16
本文章向大家介绍设计模式---单例模式,主要包括设计模式---单例模式使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

一、模式设计(Design pattern)

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

  • 1、单例类只能有一个实例。
  • 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

 

意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决:一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用:当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

如何解决:判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

关键代码:构造函数是私有的。

应用实例:常运用于utils工具类的写法。

  • 1、一个班级只有一个班主任。
  • 2、Windows 是多进程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象,所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
  • 3、一些设备管理器常常设计为单例模式,比如一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

 

 

优点:

  • 1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。
  • 2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点:没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

 

 

二、单例模式的各种方案

1、懒汉式(线程不安全)

是否 Lazy 初始化:

是否多线程安全:

实现难度:

描述:这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

public class Singleton { 
   // 属性静态化 
    private static Singleton instance;  
    // 私有构造器
    private Singleton (){}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

 

 

 

2、懒汉式(线程安全)

是否 Lazy 初始化:

是否多线程安全:

实现难度:

描述:这种方式具备很好的 lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情况下不需要同步。
优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。
缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。
   getInstance() 的性能对应用程序不是很关键(该方法使用不太频繁)。

public class Singleton2 {

    private static Singleton2 instance;

    private Singleton2() {
    }

    /**
     * 在获取实例的方法上加锁
     * @return 实例
     */
    public static synchronized Singleton2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

 

3、饿汉式(线程安全)

是否 Lazy 初始化:

是否多线程安全:

实现难度:

描述:这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。也就是说还不确定实例化后是否会被使用。

   如果整个生命周期都没有使用,那么这是对jvm内存的一种浪费行为。
优点:没有加锁,执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化,浪费内存。

   它基于 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,虽然导致类装载的原因有很多种。

   在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,

   这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

 

 

4、双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)

JDK 版本:JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化:

是否多线程安全:

实现难度:较复杂

描述:这种方式采用双重锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。
   getInstance() 的性能对应用程序很关键。

 

 

为什么是双重校验锁实现单例模式呢?

第一次校验:也就是第一个if(singleton==null),这个是为了代码提高代码执行效率,由于单例模式只要一次创建实例即可,所以当创建了一个实例之后,再次调用getInstance方法就不必要进入同步代码块,不用竞争锁。直接返回前面创建的实例即可。

第二次校验:也就是第二个if(singleton==null),这个校验是防止二次创建实例,假如有一种情况,当singleton还未被创建时,线程t1调用getInstance方法,由于第一次判断singleton==null,此时线程t1准备继续执行,但是由于资源被线程t2抢占了,此时t2页调用getInstance方法,同样的,由于singleton并没有实例化,t2同样可以通过第一个if,然后继续往下执行,同步代码块,第二个if也通过,然后t2线程创建了一个实例singleton。此时t2线程完成任务,资源又回到t1线程,t1此时也进入同步代码块,如果没有这个第二个if,那么,t1就也会创建一个singleton实例,那么,就会出现创建多个实例的情况,但是加上第二个if,就可以完全避免这个多线程导致多次创建实例的问题。

所以说:两次校验都必不可少。

 

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