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Java设计模式-单例模式（2）

🕗 发布于 2024-01-20 14:10 java  开发语言  

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    大家好，我是馆长！从今天开始馆长开始对java设计模式的创建型模式中的单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者的单例模式进行讲解和说明。

单例模式（Singleton）

定义

    某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。

目的

    节省内存资源、保证数据内容的一致性，对某些类要求只能创建一个实例，这就是所谓的单例模式。

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；

优点：

  • 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例。

  • 避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：

    没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

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。

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注意点

1.单例模式是自关联关系设计。

2.字段 instance 为private，static, volatile修饰。

3.getInstance（全局访问点）为public ，static 修饰，其中涉及了 synchronized关键字的使用 。

4. 构造函数为private(私有的)。

volatile：

        volatile关键字是为了保证线程安全的，当某个线程对共享变量只是读操作而没有写操作时，使用volatile就可以保证线程安全。volatile的作用是保证可见性和有序性，因为读操作本来就具有原子性，因此仅使用volatile就可以保证线程安全。

synchronized：

        多个线程使用同一个对象进行加锁（基于对象头加锁），可以实现线程间的同步互斥。简单地说，它的原理就是基于对象头加锁，满足原子性、可见性、有序性。

懒汉式（线程安全）

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

public class LazySingleton {
    //保证 instance 在所有线程中同步
    private static volatile LazySingleton instance = null;
    private LazySingleton() {
    }    //private 避免类在外部被实例化

    //synchronized 修饰方法级别
    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        //getInstance 方法前加同步
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式（线程不安全）

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：否

实现难度：易

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。

public class LazySingleton {
        private static LazySingleton instance;
        private LazySingleton (){}
        public static LazySingleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                instance = new LazySingleton();
            }
            return instance;
        }
}
饿汉式（线程安全）

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存

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

【推荐】双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
 

JDK 版本：JDK1.5 起
 

是否 Lazy 初始化：是
 

是否多线程安全：是
 

实现难度：较复杂
 

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。
 

 
public class Singleton {
    private volatile static Singleton singleton;
    private Singleton (){}
    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}
 
 

登记式/静态内部类
 

是否 Lazy 初始化：是
 

是否多线程安全：是
 

实现难度：一般
 

描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。调用getInstance()方法时才创建，达到了类似懒汉式的效果，同时又是线程安全的。
 

 
public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton (){}
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
 
 

枚举
 

JDK 版本：JDK1.5 起
 

是否 Lazy 初始化：否
 

是否多线程安全：是
 

实现难度：易
 

优点：线程安全，不用担心反射破坏单例模式，性能高，没有任何锁。
 

缺点：枚举类占用内存多。
 

描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
 

 
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void otherMethod() {
        //处理其他功能业务
    }
}
 
 

        23 种设计模式不是孤立存在的，很多模式之间存在一定的关联关系，在大的系统开发中常常同时使用多种设计模式，或者模式与模式之间的组合进行生成更加强大的程序功能。
 

    好了，关于单例模式的说明，馆长就先讲到这里，最近馆长了解到单例模式实现不仅仅是上述的几种，随着软件行业的发展，各种变种也开始流行。由于时间和精力问题，馆长就先整理这些。谢谢各位看官！！
 


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