Java设计模式--单例模式

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什么是单例模式:

单例的特点：

 单例优缺点：

单例模式的优点：

单例模式的缺点：

单例应用场景：

单例模式的结构：

单例模式的实现：

1.饿汉式

2.懒汉式

饿汉式和懒汉式区别：

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什么是单例模式:

     顾名思义就是只有一个实例，并且她自己负责创建自己的对象，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。 

单例的特点：

1. 单例类只有一个实例对象；

2. 该单例对象必须由单例类自行创建；

3. 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。

 单例优缺点：

单例模式的优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。

• 可以避免对资源的多重占用。

• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

单例模式的缺点：

• 单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。

• 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。

• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。

单例应用场景：

• 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少 GC。

• 某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。

• 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用。

• 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。

• 频繁访问数据库或文件的对象。

• 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例，则系统会完全乱套。

• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。

    计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

单例模式的结构：

单例模式的主要角色如下。

• 单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。

• 访问类：使用单例的类。

其结构如图所示。

单例模式的实现：

1.饿汉式

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化 
public class SingleHungry {
    private SingleHungry(){
    }
    private static final SingleHungry single=new SingleHungry();
//静态方法
    public static SingleHungry getInstance(){
        return single;
    }
}

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。

2.懒汉式

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己
public class SingleFull {
    private SingleFull(){}
    private static SingleFull single=null;
    public static SingleFull getInstance(){
        if (single==null){
            single=new SingleFull();
        }
        return single;
    }

}

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全。

1.在getInstance()方法上加同步：

public class SingleFull {
    private SingleFull(){}
    private static SingleFull single=null;
//加上同步
    public static synchronized SingleFull getInstance(){
        if (single==null){
            single=new SingleFull();
        }
        return single;
    }

}

在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，

2.双重检查锁定

public class SingleFull {
    private SingleFull(){}
    private static SingleFull single=null;
    public static synchronized SingleFull getInstance(){
        if (single==null){
            //双重检查
            synchronized (SingleFull.class){
                if (single==null){
                    single=new SingleFull();
                }
            }
        }
        return single;
    }

}

在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

3.静态内部类

public class SingleFull {
    private static class FullHolder{
        private static final SingleFull INSTANCE=new SingleFull();
    }
    private SingleFull(){}
    public static synchronized SingleFull getInstance(){
        return FullHolder.INSTANCE;
    }

}

利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般倾向于使用这一种。

饿汉式和懒汉式区别：

从名字上来说，饿汉和懒汉，

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，

而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

另外从以下两点再区分以下这两种方式：

1、线程安全：

饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，

懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

 

2、资源加载和性能：

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。