设计模式-单例模式

一、单例模式

1、概念图解

单例设计模式定义：确保这个类只有一个实例，并且自动的实例化向系统提供这个对象。

2、样例代码

package com.model.test;
public class Singleton {
	// 使用静态变量记录唯一实例
	private static Singleton singleton = null;
	private Singleton (){}
	public static Singleton getInstance (){
		if (singleton == null){
			singleton = new Singleton() ;
		}
		return singleton ;
	}
	public static void main(String[] args) {
		Singleton singleton1 = Singleton.getInstance() ;
		Singleton singleton2 = Singleton.getInstance() ;
		System.out.println(singleton1);
		System.out.println(singleton2);
	}
}

Singleton称为单例类，构造函数使用private修饰，确保系统中只能产生一个实例，并且自动生成的。上面代码也就是所谓的懒汉式加载：只有到使用该对象的时候才来创建，意思饿了才来做饭吃。

二、线程安全问题

在上面的代码中存在一个很明显的线程安全问题，当有多条线程来请求对象实例的时候，因为对象的创建是需要时间的，假设A线程进来判断singleton == null，就会进入对象的创建过程，这时如果同时在过来几条线程，那么他们都会得到一个对象实例，这个就是所谓的线程安全问题。

1、同步控制方式

package com.model.test;
public class Singleton {
	// 使用静态变量记录唯一实例
	private static Singleton singleton = null;
	private Singleton (){}
	public static synchronized Singleton getInstance (){
		if (singleton == null){
			singleton = new Singleton() ;
		}
		return singleton ;
	}
}

这样操作会影响系统性能

2、饿汉式加载

public class Singleton {
	// 使用静态变量记录唯一实例
	private static Singleton singleton = new Singleton();
	private Singleton (){}
	public static Singleton getInstance (){
		return singleton ;
	}
}

这里先把对象创建出来，有需要直接使用；

3、双重检查

public class Singleton {
	// 使用静态变量记录唯一实例
	// volatile可以确保当singleton被初始化后，多线程才可以正确处理
	// 被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存
	// 对该变量读写都是直接操作共享内存，确保多个线程能正确的处理该变量。
	private static volatile Singleton singleton = null ;
	private Singleton (){}
	public static Singleton getInstance (){
		// 如果实例不存在，则进入同步区
		if (singleton == null){
			// 只有第一次才会彻底执行这里面的代码
			synchronized (Singleton.class) {
				if (singleton == null){
					singleton = new Singleton() ;
				}
			}
		}
		return singleton ;
	}
}

4、枚举方式

package com.model.design.base.node01.singleton;
import org.junit.Test;
/**
 * 类级内部类里面创建对象实例
 */
public class C06_Singleton {
 @Test
 public void test01 (){
 SingletonDemo INSTANCE1 = SingletonDemo.INSTANCE ;
 SingletonDemo INSTANCE2 = SingletonDemo.INSTANCE ;
 System.out.println(INSTANCE1 == INSTANCE2);
 INSTANCE1.info();
 INSTANCE2.info();
 }
}
enum SingletonDemo {
 INSTANCE ;
 public void info (){
 System.out.println("枚举方式实现单例");
 }
}

三、延迟类初始化

1、基础概念

类级内部类

简单点说，类级内部类指的是，有static修饰的成员式内部类。如果没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。

类级内部类相当于其外部类的static成分，它的对象与外部类对象间不存在依赖关系，因此可直接创建。而对象级内部类的实例，是绑定在外部对象实例中的。

类级内部类中，可以定义静态的方法。在静态方法中只能够引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。

类级内部类相当于其外部类的成员，只有在第一次被使用的时候才被会装载。

多线程缺省同步锁

在多线程开发中，为了解决并发问题，主要是通过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。但是在某些情况中，JVM已经隐含地执行了同步，这些情况下就不用自己再来进行同步控制了。这些情况包括：

• 由静态初始化器（在静态字段上或static{}块中的初始化器）初始化数据时

• 访问final字段时

• 在创建线程之前创建对象时

• 线程可以看见它将要处理的对象时

2、实现方式

要想很简单地实现线程安全，可以采用静态初始化器的方式，它可以由JVM来保证线程的安全性。比如前面的饿汉式实现方式，在类装载的时候就初始化对象，不管是否需要，存在一定的空间浪费。

一种可行的方式就是采用类级内部类，在这个类级内部类里面去创建对象实例。这样一来，只要不使用到这个类级内部类，那就不会创建对象实例，从而同时实现延迟加载和线程安全。

public class LazySingleton {
	/**
	 * 类级内部类
	 */
	private static class SingletonHolder {
		private static LazySingleton lazySingleton = new LazySingleton() ;
	}
	public static LazySingleton getInstance (){
		return SingletonHolder.lazySingleton ;
	}
	public static void main(String[] args) {
		LazySingleton lazySingleton1 = LazySingleton.getInstance() ;
		LazySingleton lazySingleton2 = LazySingleton.getInstance() ;
		System.out.println(lazySingleton1+";;"+lazySingleton2);
	}
}

四、JDK源码

Runtime单例实现源码。

1、案例演示

/**
 * JDK 单例模式分析
 */
public class C07_Singleton {
 public static void main(String[] args) {
 Runtime runtime1 = Runtime.getRuntime() ;
 Runtime runtime2 = Runtime.getRuntime() ;
 /*
 * 1229416514
 * 1229416514
 */
 System.out.println(runtime1.hashCode());
 System.out.println(runtime2.hashCode());
 }
}

2、源代码分析

public class Runtime {
 private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
 public static Runtime getRuntime() {
 return currentRuntime;
 }
 private Runtime() {}
}

基于饿汉模式实现的单例模式。

五、Spring应用

1、创建测试类

public class UserBean {
}

2、配置文件

3、读取Bean对象

package com.model.design.spring.node01.singleton;
import org.junit.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
/**
 * Spring框架中单例模式
 */
public class S01_Singleton {
    @Test
    public void test01 (){
        ApplicationContext context01 = new ClassPathXmlApplicationContext("/spring/spring-context.xml");
        ApplicationContext context02 = new ClassPathXmlApplicationContext("/spring/spring-context.xml");
        UserBean user01 = (UserBean)context01.getBean("user") ;
        UserBean user02 = (UserBean)context01.getBean("user") ;
        UserBean user03 = (UserBean)context02.getBean("user") ;
        System.out.println(user01);
        System.out.println(user02);
        System.out.println(user03);
    }
}

        

结论描述

Spring单例模式与纯粹的单例设计模式的主要区别尽管使用相同的类加载器来加载两个应用程序上下文，但是UserBean的实例是不一样的。也就是Spring框架中的单例对象是基于应用程序中。

六、单例总结

1、注意事项

• 单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

• 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new Object() 的方式。

• 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象。

2、优缺点

• 优点描述

  • 单例模式只会创建一个对象实例，减少内存消耗

  • 设置全局访问点，优化共享资源的访问

• 缺点描述

  • 没有接口，很难扩展

  • 不利于测试

  • 与单一职责原则冲突