Java设计模式之单例模式

前言

目录

前言

设计模式的概念及意义

软件设计七大原则

单例模式

定义以及特点

单例模式的优缺点

单例模式的应用场景

单例模式的实现

懒汉式单例

饿汉式单例

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在了解GOF的23种设计模式之前，我们要清楚为何要学习这些不同的软件设计模式以及它的好处。

设计模式的概念及意义

【概念】

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用。其目的是为了提高代码的可重用性、代码的可读性和代码的可靠性。

【意义】

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。

软件设计七大原则

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单例模式

定义以及特点

单例（Singleton）模式的定义：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。例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样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。

单例模式主要有3个特点

• 单例类只有一个实例对象
• 该单例对象必须由单例类自行创建
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点

单例模式的优缺点

【优点】

1. 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
2. 可以避免对资源的多重占用
3. 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问

【缺点】

1. 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
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

单例模式的应用场景

• 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

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单例模式的实现

懒汉式单例

该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：

public class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton instance = null;    //保证 instance 在所有线程中同步
    private LazySingleton() {
    }    //private 避免类在外部被实例化
    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        //getInstance 方法前加同步
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

注意：如果编写的是多线程程序，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。

饿汉式单例

该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {
    }
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

饿汉式单例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，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。