Java设计模式----单例模式

核心作用:

保证一个类只有一个实例,并且提供一个访问该实例的全局访问点

常见应用场景:

  • Windows的Task Manager(任务管理器)就是很典型的单例模式。
  • Windows的Recycle Bin(回收站)也是典型的单利应用;在整个系统运行过程中,回收站一直维护着仅有的一个实例。
  • 项目中,读取配置文件的类,一般也只有一个对象;没有必要每次使用配置文件数据,每次new一个对象去读取。
  • 网站的计数器,一般也是采用单例模式实现,否则难以同步。
  • 应用程序的日志应用,一般都用单例模式实现,这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态,因为只能有一个实例去操作,否则内容不好追加。
  • 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式,因为数据库连接是一种数据库资源。
  • 操作系统的文件系统,也是大的单例模式实现的具体例子,一个操作系统只能有一个文件系统。
  • Application也是单例的典型应用(Servlet编程中会涉及)。
  • 在Spring中,每个Bean默认就是单例的,这样做的优点是Spring容器可以管理。
  • 在servlet编程中,每个Servlet也是单例。
  • 在SpringMVC框架/struts1框架中,控制器对象也是单例。

单例模式的优点:

  • 由于单例模式只生成一个实例,减少了系统性能开销,当一个对象的产生需要比较多的资源时,如读取配置、产生其他依赖对象时,则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象,然后永久驻留内存的方式来解决。
  • 单例模式可以在系统设置全局的访问点,优化共享资源访问,例如可以设计一个单例类,负责所有数据表的映射处理

常见的五种单例模式实现方式:

主要:

  • 饿汉式(线程安全,调用效率高。但是,不能延时加载。)
  • 懒汉式(线程安全,调用效率不高。但是,可以延时加载。)

其他:

  • 双重检测锁式(由于JVM底层内部模型原因,偶尔会出现问题;不建议使用)
  • 静态内部类式(线程安全,调用效率高。可以延时加载)
  • 枚举单例(线程安全,调用效率高,不能延时加载)

如何选用

  • 单例对象 占用 资源少,不需要延时加载:
    枚举式 好于 饿汉式
  • 单例对象 占用资源大,需要延时加载:
    静态内部类 好于 懒汉式

饿汉式实现

package singleton;

public class SingletonDemo01 {
    private static SingletonDemo01 instance = new SingletonDemo01();
    private SingletonDemo01(){}

    public static SingletonDemo01 getInstance() {
        return instance;
    }
}
  • 饿汉式单例模式代码中,static变量会在类装载时初始化,此时也不会涉及多个线程对象访问该对象的问题;虚拟机只会装载一次该类,肯定不会发生并发访问的问题;因此,可以省略synchronized关键字。
  • 问题:如果只是加载本类,而不是要调用getInstance(),甚至永远没有调用,则会造成资源浪费!

懒汉式实现(单例对象延迟加载)

package singleton;

public class SingletonDemo02 {
    private static SingletonDemo02 instance;

    private SingletonDemo02(){}

    public static synchronized SingletonDemo02 getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonDemo02();
        }
        return instance;
    }
}
  • 要点:延迟加载,懒加载!真正用的时候才加载!
  • 问题:资源利用率高了。但是,每次调用getInstance()方法都要同步,并发效率较低。

双重检测锁实现

package singleton;

public class SingletonDemo03 {
    private static SingletonDemo03 instance = null;

    private SingletonDemo03(){}

    public static SingletonDemo03 getInstance() {
        if (instance == null){
            SingletonDemo03 singletonDemo03;
            synchronized (SingletonDemo03.class){
                singletonDemo03 = instance;
                if (singletonDemo03 == null){
                    synchronized (SingletonDemo03.class){
                        if (singletonDemo03 == null){
                            singletonDemo03 = new SingletonDemo03();
                        }
                    }
                    instance = singletonDemo03;
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
  • 这个模式将同步内容下放到if内部,提高了执行的效率,比每次获取对象时都进行同步,只有第一次才同步创建了以后就没必要了
  • 问题:由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因,偶尔会出现问题;不建议使用

静态内部类实现方式

package singleton;

public class SingletonDemo04 {
    private SingletonDemo04(){}

    private static class SingletonClassInstance{
        private static final SingletonDemo04 instance = new SingletonDemo04();
    }

    public static SingletonDemo04 getInstance(){
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
}
  • 要点:
    外部类没有static属性,则不会像饿汉式那样立即加载对象。
    只有真正调用getInstance(),才会加载静态内部类。加载类时是线程安全的。instance是static final类型,保证了内存中只有这样一个实例存在,而且只能被赋值一次,从而保证了线程安全性。
    兼备了并发高效调用和延迟加载的优势!

使用枚举实现单例模式

  • 优点:
    实现简单
    枚举本身就是单例模式。由JVM从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞创建新对象!
  • 缺点:
    无延迟加载

问题:

  • 反射可以破解上面几种(不包含枚举式)实现方式!(可以在构造方法中手动抛出异常来控制)
  • 反序列化可以破解上面几种(不包含枚举式)实现方式!可以通过定义readResolve()防止获得不同对象
package singleton;

import java.io.Serializable;

public class SingletonDemo06 implements Serializable{
    private static SingletonDemo06 instance;

    private SingletonDemo06(){
        // 防止反射破解单例
        if (instance != null){
            throw new RuntimeException();
        }
    }

    //方法同步 效率低
    public static synchronized SingletonDemo06 getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonDemo06();
        }
        return instance;
    }

    //反序列化时,如果定义了readResolve()则直接返回此方法指定的对象,而不会创建新对象
    private Object readResolve(){
        return instance;
    }
}

CountDownLatch

  • 同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待;
    countDown()当线程调此方法,则计数减一(减一放在finally里执行)
    await()调用此方法会一直阻塞当前线程,直到计时器的值为0
package singleton;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * @Description:测试多线程环境下五种创建单例模式的效率
 */
public class Client3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        long start = System.currentTimeMillis();

        Integer threadNum = 10;
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadNum);

        for (int i=0;i<10;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    for (int i=0;i<1000000;i++){
                        Object o = SingletonDemo04.getInstance();
                    }
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }).start();
        }
        countDownLatch.await();     //main线程阻塞,直到计数器为0,才会继续往下走

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时:"+(end-start));
    }
}
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,014评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,796评论 3 386
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,484评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,830评论 1 285
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,946评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,114评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,182评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,927评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,369评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,678评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,832评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,533评论 4 335
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,166评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,885评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,128评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,659评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,738评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容

  • 单例模式(SingletonPattern)一般被认为是最简单、最易理解的设计模式,也因为它的简洁易懂,是项目中最...
    成热了阅读 4,231评论 4 34
  • 版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载 PS:转载请注明出处作者: TigerChain地址: htt...
    TigerChain阅读 1,319评论 0 3
  • 1 场景问题# 1.1 读取配置文件的内容## 考虑这样一个应用,读取配置文件的内容。 很多应用项目,都有与应用相...
    七寸知架构阅读 6,685评论 12 68
  • 1.单例模式概述 (1)引言 单例模式是应用最广的模式之一,也是23种设计模式中最基本的一个。本文旨在总结通过Ja...
    曹丰斌阅读 2,894评论 6 47
  • 前几日失眠,躺在床上翻来覆去很久都没能睡着。宿舍内有些嘈杂,所以带上了耳机,想借着音乐来快些进入睡眠。 我想我可能...
    皮皮昕阅读 419评论 9 3