设计模式之单例模式

1. 什么是单例模式?

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。


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

意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。


主要解决:一个全局使用的类频繁地创建与销毁,节省系统资源的时候。


关键代码:构造函数是私有的。


应用实例: 比如 I/O 读写、数据库连接等


优点:
1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销;
2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。


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

2. 单例模式的几种类型

(1) 懒汉式

单例对象初始化时赋值为 null


public class Singleton {
    private Singleton() {}  //私有构造函数
    private static Singleton instance = null;  //单例对象
    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

(2) 饿汉式

顾名思义,饿汉式,就是在类加载时就创建实例。但是他有一个缺点,如果你需要在传进来参数时,这种方式就不适合,可以换成懒汉式,在 getInstance() 方法和构造函数中都加上构造参数。

public class Singleton {
    private Singleton() {}  //私有构造函数
    private static final Singleton instance = new Singleton();  //单例对象
    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

(3) 线程安全

使用双重检验锁

使用 volatile 关键字限制 JVM 指令重排序

在synchronized作用域中,JVM主要做了三件事:

1、在堆空间里分配一部分空间;

2、执行FileIO的构造方法进行初始化;

3、把fileIO对象指向在堆空间里分配好的空间。

如果不加 volatile 关键字,JVM 为了优化性能重排指令的话,如,线程 1 按 1-3-2 顺序,线程 2 可能会得到一个没有初始化话的实例,导致崩溃。


public class Singleton {

   private Singleton() {}  //私有构造函数
   private static volatile Singleton instance = null;  //单例对象
   //静态工厂方法
   public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {      //双重检测机制
         synchronized (Singleton.class){  //同步锁
           if (instance == null) {     //双重检测机制
             instance = new Singleton();
               }
            }
         }
        return instance;
    }
}

(4) 线程安全-静态内部类

既保证线程安全,又保证具有懒汉式的风格

优化类加载

public class Singleton{

    private static final class SingletonHolder{
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
            return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

(5) 线程安全-静态内部类-反序列化

既保证线程安全,又保证具有懒汉式的风格

优化类加载

反序列化


public class Singleton{

    private static final class SingletonHolder{
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
            return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private Object readResolve(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

(6) 枚举法

保证线程安全,防止通过反射创建多个实例

缺点:枚举被加载时就进行初始化


public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}  

3. 总结

1 和2 方式在没有线程安全要求时可以使用,3,4,5,6 均能够保证线程安全,对于有反序列化要求可以使用 5 和 6 .

对于5不熟悉,可以使用6,简单明了,一步到位,只不过牺牲一点加载时的时间。

参考

菜鸟教程之单例模式

码农翻身之单例模式

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