Java真的不难（二十六）单例模式

单例模式：

首先在Java中有23种设计模式：

• 创建型模式： 工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
• 结构型模式： 适配器模式、装饰者模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式
• 行为型模式：：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

1、什么是单例模式：

定义：
指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。比如咱们电脑是不是只能打开一个任务管理器？对吧，这就是为了防止资源浪费和其他错误。

项目中一般可以通过单例模式来获取同一个对象来调用工具方法，这样的好处是节约内存资源，我没有必要创建多个不同的对象，因为这样消耗内存资源

简而言之： 单例就是程序只有一个实例，该类负责创建自己的对象，同时要确保只有一个对象创建

单例模式的特点：

1. 构造器私有
2. 持有自己类型的属性
3. 对外提供获取实例的静态方法

单例模式的结构图：

2、单例模式的优缺点：

优点：

1. 减少了内存的开销
2. 避免对资源的多重占用
3. 设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问

缺点（参考自互联网）：

1. 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
2. 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
3. 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

看一张单例模式的思维导图：

3、懒汉模式（比较常用）

懒汉模式特征是延迟初始化,在调用方法获取实例的时候才会实例化对象
线程不安全，严格意义上来说不是单例模式，优势是在获取实例才会创建对象因此更节省内存开销

Demo：

public class SingLeton {

    //1、有自己类型的属性
    private static SingLeton instance;

    //2、构造器私有化
    private SingLeton(){}

    //3、对外提供获取实例的静态方法
    public static SingLeton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingLeton();
        }
        return instance;
    }

}

测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //判断是否产生的是同一个对象
        SingLeton s1 = SingLeton.getInstance();
        SingLeton s2 = SingLeton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

输出：

true

注意：

关于懒汉模式线程非安全

现在知道懒汉模式的线程是非安全的，那么就需要使用锁（synchronized ）来同步：

/**
 *   保证 instance 在所有线程中同步
 */
public class SingLeton2 {

        //1、有自己类型的属性
        private static volatile SingLeton2 instance ;    
        
        //2、构造器私有化
        private SingLeton2() {
        }

        public static synchronized SingLeton2 getInstance() {
            //getInstance 方法前加同步
            if (instance == null) {
                instance = new SingLeton2();
            }
            return instance;
        }
    }

如果是写多线程，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。

4、饿汉模式【推荐使用】

饿汉模式线程安全，常用，但是容易产生垃圾对象，因为饿汉模式一开始加载类的时候就初始化
了实例

Demo:

/**
 *
 * 饿汉模式
 */
public class SingLeton {

    //持有自己类型的属性   (和懒汉一样)
    //由于static修饰，只在类加载的时候执行一次，类加载的时候就实例化对象
    private static SingLeton instance = new SingLeton();

    //构造器私有化，不能通过它创建对象
    private SingLeton(){};

    //对外提供获取实例的静态方法
    public static SingLeton getInstance(){
        return instance;
    }
}

测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //判断是否产生的是同一个对象
        SingLeton s1 = SingLeton.getInstance();
        SingLeton s2 = SingLeton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

输出：

true

懒汉模式和饿汉模式对比：

1. 懒汉模式延迟加载，非线程安全，饿汉模式线程安全
2. 懒汉模式刚运行不实例化对象，需要的时候才实例化对象，相当于来讲更节省内存开销
3. 饿汉模式只要运行都会加载类的时候就给你初始化了，就需要使用更大的内存

图解：

5、单例模式的应用场景：

1. 需要经常创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力
2. 这个类只要求生成一个对象的时候，比如每个人的名字
3. 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
4. 频繁访问数据库或文件的对象
5. 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

6、单例模式的应用实例

这里使用懒汉式单例模式模拟产生班级的班长
分析： 在每一个学期内，班级的班长只有一人，所以适合用单例模式实现

Person类：

/**
 * 使用懒汉模式
 */

public class Person {

    //保证instance在所有线程中同步
    private static volatile Person instance;

    private Person(){
        System.out.println("产生一个班长");
    }

    //加上synchronized锁
    public static synchronized Person getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Person();
        }else {
            System.out.println("错误信息：已经有一个班长，不能再产生");
        }
        return instance;
    }

    public void getName(){
        System.out.println("我是班长：小强");
    }
}

测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        Person p1 = Person.getInstance();
        p1.getName(); //输出班长名字

        Person p2 = Person.getInstance();
        p2.getName();

        if(p1 == p2){
            System.out.println("两个班长是同一个人");
        }else {
            System.out.println("两个班长是同一个人");

        }
    }
}

运行结果：

产生一个班长
我是班长：小强
错误信息：已经有一个班长，不能再产生
我是班长：小强
两个班长是同一个人

小结:

这个就是单例模式，当程序已经产生一个对象后，就不会产生一个新的对象，即使有多个对象也是同一个对象而已，在使用懒汉模式的时候需要注意线程安全问题，在平时更加推荐使用饿汉模式，也需要注意资源的占用。