Java 设计模式之Singleton单例模式实现

创建型模式

单例模式

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。

注意:

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。


介绍

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:

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。

使用场景:

1、要求生产唯一序列号。
2、WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。
3、创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。
注意事项:getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。


实现

1. 饿汉模式

public class Singleton {
     
    // 首先,将 new Singleton() 堵死
    private Singleton() {
     };
    // 创建私有静态实例,意味着这个类第一次使用的时候就会进行创建
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
     
        return instance;
    }
}

2. 懒汉模式 (双重检查锁) 线程安全

public class Singleton {
     
    // 首先,也是先堵死 new Singleton() 这条路
    private Singleton() {
     }
    // 和饿汉模式相比,这边不需要先实例化出来,注意这里的 volatile,它是必须的
    private static volatile Singleton instance = null;

    public static Singleton getInstance() {
     
        if (instance == null) {
     
            // 加锁
            synchronized (Singleton.class) {
     
                // 这一次判断也是必须的,不然会有并发问题
                if (instance == null) {
     
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3. 懒汉模式 线程不安全

public class Singleton {
       
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){
     }  
  
    public static Singleton getInstance() {
       
    if (instance == null) {
       
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

4. 内部静态类模式

public class Singleton {
     
    private Singleton() {
     }
    // 主要是使用了 嵌套类可以访问外部类的静态属性和静态方法 的特性
    private static class Holder {
     
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
     
        return Holder.instance;
    }
}

5. 枚举模式

public enum Singleton {
       
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
     
    }
}

6. 枚举模式 初始化方法

// 定义单例模式中需要完成的代码逻辑
public interface MySingleton {
     
    void doSomething();
}

public enum Singleton implements MySingleton {
     
    INSTANCE {
     
        @Override
        public void doSomething() {
     
            System.out.println("complete singleton");
        }
    };

    public static MySingleton getInstance() {
     
        return Singleton.INSTANCE;
    }
}

参考文档:https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

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