设计模式|单例设计模式

 单例模式

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单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。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。

简单来说就是：

  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式看起来非常简单，实现起来也非常简单。单例模式在面试中是一个高频面试题。希望大家能够认真学习，掌握单例模式，提升核心竞争力，给面试加分，顺利拿到 Offer。

1. 单例模式定义

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，并提供一个访问它的全局访问点。

2. 单例模式作用

单例模式主要用来解决，一个全局使用的类被频繁的创建、销毁。

核心思想：创建对象时，先判断对象是否已经存在，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码是构造函数私有化;使对象全局只创建一个。

3. 单例模式应用场景

对于 Java 来说，单例模式可以保证在一个 JVM 中只存在单一实例。单例模式的应用场景主要有以下几个方面。

  • 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。

3. 单例模式结构

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。

单例模式类图

4. 单例模式实现

单例模式通常有两种实现形式。

4.1 懒汉式

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：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class LazySingleton { 
    2.   
  
  
  
  2.     //保证 instance 在所有线程中同步 
    3.   
  
  
  
  3.     private static volatile LazySingleton instance = null;     
    4.   
  
  
  
  4.      
    5.   
  
  
  
  5.     //private 避免类在外部被实例化 
    6.   
  
  
  
  6.     private LazySingleton() { }     
    7.   
  
  
  
  7.      
    8.   
  
  
  
  8.     // 获取单例对象 
    9.   
  
  
  
  9.     public static synchronized LazySingleton getInstance() { 
    10.   
  
  
  
  10.         //getInstance 方法前加同步 
    11.   
  
  
  
  11.         if (instance == null) { 
    12.   
  
  
  
  12.             instance = new LazySingleton(); 
    13.   
  
  
  
  13.         } 
    14.   
  
  
  
  14.         return instance; 
    15.   
  
  
  
  15.     } 
    16.   
  
  
  
  16. } 
    17.

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。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class HungrySingleton { 
    2.   
  
  
  
  2.     private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton(); 
    3.   
  
  
  
  3.      
    4.   
  
  
  
  4.     private HungrySingleton() { } 
    5.   
  
  
  
  5.      
    6.   
  
  
  
  6.     public static HungrySingleton getInstance() { 
    7.   
  
  
  
  7.         return instance; 
    8.   
  
  
  
  8.     } 
    9.   
  
  
  
  9. } 
    10.

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。

其他

除了上面所说的之外之外，还有双检锁/双重校验锁(DCL，即 double-checked locking)式、登记式/静态内部类式、枚举式等方式实现单例。

具体参考https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

总结

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。

当前题目：设计模式|单例设计模式
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