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:


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。

Java设计模式--单例模式_第1张图片


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。


 

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