设计模式：单态模式（Singleton）

我就是我 2022-06-02 03:00 134阅读 0赞

单态模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个Class只有一个实例存在。

一个实例表示是单线程，在很多操作中，比如建立目录，数据库连接都需要单线程操作，单态模式经常用于控制对系统资源的控制，我们常常看到工厂模式中工厂方法也用单态模式实现。

注意点：

单态类只能有一个实例。

单态类必须自己创建自己的唯一实例。

单态类必须给所有其他对象提供这一实例。

单态模式有几种实现方式：

1.      线程不安全懒汉式：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题是没有加锁（synchronized）,所以不支持多线程，严格意义上它并不算单态模式。这种方式lazy loading很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class Singleton1 {
    
    	private static Singleton1 instance;
    
    	private Singleton1() {
    	}
    
    	public static Singleton1 getInstance() {
    		if (instance == null) {
    			instance = new Singleton1();
    		}
    		return instance;
    	}
    }

2.      线程安全懒汉式：这种方式具备很好的lazy loading,能够在多线程中很好的工作，但是效率不高，99%的情况下不需要同步。

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 Singleton2 {
    
    	private static Singleton2 instance;
    
    	private Singleton2() {
    	}
    
    	public static synchronized Singleton2 getInstance() {
    		if (instance == null) {
    			instance = new Singleton2();
    		}
    		return instance;
    	}
    
    }

3.      饿汉式：这种方式比较常用，但很容易产生垃圾对象。

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 Singleton3 {
    
    	private static Singleton3 instance = new Singleton3();
    
    	private Singleton3() {
    	}
    
    	public static Singleton3 getInstance() {
    		return instance;
    	}
    }

4.      双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

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。

public class Singleton4 {
    
    	private volatile static Singleton4 singleton;
    
    	private Singleton4() {
    	}
    
    	public static Singleton4 getSingleton() {
    		if (singleton == null) {
    			synchronized (Singleton4.class) {
    				if (singleton == null) {
    					singleton = new Singleton4();
    				}
    			}
    		}
    		return singleton;
    	}
    
    }

5.      登记式/静态内部类

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。

public class Singleton5 {
    
    	private static class SingletonHolder {
    		private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
    	}
    
    	private Singleton5() {
    	}
    
    	public static final Singleton5 getInstance() {
    		return SingletonHolder.INSTANCE;
    	}
    
    }

6.      枚举

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 Singleton6 {
    	INSTANCE;
    	public void whateverMethod() {
    	}
    }

一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

创建一个 SingleObject 类。SingleObject类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

![SouthEast][]

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo，我们的演示类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

创建一个 Singleton 类。

SingleObject.java

public class SingleObject {
    
    	// 创建 SingleObject 的一个对象
    	private static SingleObject instance = new SingleObject();
    
    	// 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    	private SingleObject() {
    	}
    
    	// 获取唯一可用的对象
    	public static SingleObject getInstance() {
    		return instance;
    	}
    
    	public void showMessage() {
    		System.out.println("Single Demo: 单例模式");
    	}
    
    }

从 singleton 类获取唯一的对象。

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo {
    
    	public static void main(String[] args) {
    
    		// 不合法的构造函数
    		// 编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
    		// SingleObject object = new SingleObject();
    
    		// 获取唯一可用的对象
    		SingleObject object = SingleObject.getInstance();
    
    		// 显示消息
    		object.showMessage();
    	}
    
    }

演示输出：

Single Demo: 单例模式

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（比如管理学院首页页面缓存）。

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。

使用场景：

要求生产唯一序列号。

WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。

创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如I/O 与数据库的连接等。

本文参考了Patterns in Java 和 http://www.runoob.com