浅谈设计模式之单例模式

布满荆棘的人生 2022-08-21 00:03 164阅读 0赞

单例模式，可以说是众多设计模式中的最简单的一种的设计模式。因为它更易于理解和更易于掌握。

一、单例模式最核心的思想：Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.(为了确保一个类只有一个实例(对象)，并且为这个对象提供一个全局访问点)

二、个人理解：就是在整个程序运行的过程中该类的实例只会被创建一次，一旦被创建，以后都不能被创建一个新的实例也即是该类的实例是独一无二的，类似古代的君王独一无二，无可替代的。

三、思考分析：我们紧紧围绕着它的思想找突破点，它的意思就是保持这个类只能有一个对象。

那么我们如何去确保一个类只能创建一个对象了，也即是保证这个类的对象只能被创建一次？？？  
我们可以这样想：我们都知道要想创建一个对象，最直接最必须的方法就是通过这个构造方法来创建，然后直接通过new关键字就可以，也即是我们创建多次该类对象，就new几次。所以我们必须控制这种构造器泛滥使用，从而保证我们单例模式的类对象只能被创建一次。所以就索性断绝或者说屏蔽了外部直接通过new方式来泛滥或者说任意地创建多个

对象。所以就想到了：

1、控制单例模式下该类的构造方法权限(private 私有化)，从而屏蔽了外部泛滥地创建该类的对象权利，切断所有外界创建该类对象途径或者说接口，（因为构造器是创建对象的唯一途径，构造方法加了private修饰词后，外部是没有权限创建该类的对象的）。-------------(关键点一:该类的构造器私有化)

但是这样的话问题来了，因为屏蔽了所有外部创建该类的对象途径，但是我们又需要创建一个唯一的对象实例，那怎么办呢？？憋慌，既然外部不能创建，那么我们就从内部开始

创建。

2、既然是独一无二的，那么不是谁都能访问到的，就像古代的皇帝一样，独一无二的，并不是谁想见都能见到的。但是外部的人又必须去向皇帝报告一些事情，他只能间接地通过皇帝身边的人，内部人员间接把信息传达给皇帝。我们的单例模式也是如此外部是不能直接访问该类的对象，所以该类的唯一对象必须私有化(private),还有一个就是static静态的（为什么是static后面解释）外部是不能直接访问该对象的引用的，否则可以访问的话，那么这个对象的引用可以被任意的修改。所以需要给该对象的引用私有化-----(关键点二:设置一个私有的静态的该类对象的引用)

3、那么问题又来了，就是你好不容易在内部创建的一个该类的对象，还被设置成private外部不能访问，我们要能全局被访问？？？  
既然外不能访问的话，我们就直接在内部访问，并且提供一个方法（这个方法就相当于皇帝身边人），但是这个方法必须是全局访问的所以需要static静态的，（到了这里我想你应该明白了为什么该类的对象要静态，因为这个方法是静态的，静态的方法只能访问静态的变量），供外部访问，从而实现了外部间接访问这个对象。一个public权限的static静态方法(为了设置一个全局访问点)来返回这个已经在内部创建好的对象，也就是对于外部而言  
暴露这个方法，供外部访问，这也是外部访问该对象的唯一途径（唯一一个访问点）。---------(关键点三:设置一个公有的静态的方法，访问内部对象，并把间接把  
该内部对象返回给外部，从而使得外部要得到该对象，只能通过调用该方法，才能访问到该对象。)

四、总结:

**1、该类的构造器私有化  
2、设置一个私有的静态的该类对象的引用  
3、设置一个公有的静态的方法，访问内部对象，并把间接把该内部对象返回给外部，从而使得外部要得到该对象，只能通过调用该方法，才能访问到该对象。**

五、两种的单例模式

5.1、饿汉式单例模式

特点:类加载的时候，就对这个类的对象进行创建。

public class HungrySingleton {//饿汉式的单例模式
    	private HungrySingleton(){}//关键点一:构造器私有化(屏蔽了外部直接使用new关键字泛滥地创建对象)
    	private static HungrySingleton singleton=new HungrySingleton();//关键点二:设置一个私有的静态的该类对象的引用(屏蔽了外部直接访问该对象的权限)
    	public static HungrySingleton createSingleton(){//关键点三:设置一个公有的静态的方法，访问内部对象，并把间接把该内部对象返回给外部，从而使得外部要得到该对象，只能通过调用该方法，才能访问到该对象。
    		return singleton;
    	}
    }

5.2、懒汉式单例模式

特点：什么时候需要用到这个类的对象才开始去创建该类的对象

public class LazySingleton {//懒汉式单例模式
    	private LazySingleton(){}//关键点一：构造器私有化
    	private static LazySingleton singleton=null;//关键点二：该类的对象的静态，私有化
    	public static LazySingleton createSingleton(){
    		if (singleton==null) {//如果该对象还没创建，就开始创建
    			singleton=new LazySingleton();
    		}
    		return singleton;//如果已存在就直接返回
    	}
    }

六、懒汉式单例模式的改进

为什么要对该单例要改进呢，不是挺好的吗，挺完美的吗？大家可以仔细观察一下上面的代码，是不是 少了什么，如果是在单线程的操作上面是没有问题，但是如果是多线程中就会存在线程同步的问题，如果同时有线程A和线程B同时调用该静态的createSingleton方法，那么if(singleton==null)\{\}语句为真，那么此时线程A和线程B都会创建一个新的该类的对象，所以就不符合但到单例模式的思想。解决办法，就是保证线程A在调用createSingleton方法的时候，其他的线程不能访问该方法，所以需要给这个方法加锁

public class LazySingleton {//懒汉式单例模式
 	private LazySingleton(){}//关键点一：构造器私有化
 	private static LazySingleton singleton=null;//关键点二：该类的对象的静态，私有化
 	synchronized public static LazySingleton createSingleton(){
 		if (singleton==null) {//如果该对象还没创建，就开始创建
 			singleton=new LazySingleton();
 		}
 		return singleton;//如果已存在就直接返回
 	}
 }

七、饿汉式单例模式与懒汉式单例模式区别

1、饿汉式单例模式是在单例类被加载的时候就创建该类的实例，而懒汉式的单例模式则是在第一次引用该类的实例才去创建的

2、从资源内存上看饿汉式单例模式更差点，但是从效率来看的话饿汉式更高，速度和反应时间更快

3、饿汉式在JAVA中很容易实现，但是在C++中却很难实现。GoF在提出单例模式的概念的时候，举例子就是懒汉式的单例模式，所以以至于

在JAVA中单例模式一般都是懒汉式的单例模式，其实实际上，就JAVA语言的特点来说的话，饿汉式的单例模式更合适，因为提高速度和效率，再者对于多线程的JAVA来说，饿汉式的单例模式就轻松避开了线程同步的问题

八、单例模式的优缺点:

1、单例模式的优点:

1.1、单例模式在内存中只有一个实例对象，减少了内存的开支，特别是一个对象需要频繁的创建、销毁，而且创建或销毁的性能又无法优化时可以考虑采用到哪例模式

1.2、由于单例模式只能创建一个实例对象，减少性能开销，当一个对象创建需要较多的资源，如读取配置，产生对其他对象的依赖的时候，可以考虑单例模式，然后用永久驻留内存方式来解决。

1.3、单例模式可以避免对资源的多重占用

1.4、单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问

2、单例模式的缺点:

2.1、无法创建子类，不利于扩展，扩展性差。

2.2、单例模式对测试不利。在测试过程中，并行的开发环境下，如果采用单例模式的类没有测完是不能进行其他的测试。

九、单例模式的应用：在一个系统中，如果要求一个类有且仅有一个实例，当出现多个实例时就会造成不良反应，则此时可以采用单例模式。

1、要求生成唯一的序列号环境

2、在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如，一个web页面的计数器，可以使用单例模式来保持计数器的值更新，并且能确保线程是安全的

3、创建一个对象需要消耗过多的资源，如访问IO，数据库资源等

4、需要定义大量的静态的变量和方法，也可以使用单例模式

十、单例模式使用的过程中应注意什么？（根据功能，单例模式的类分为两种：一种是有状态的单例类；一种是无状态的单例类）

有状态的单例类：它的对象一般是可变的，通常当做状态库使用，例如：给系统提供唯一的序列号

无状态的单例类：无状态的单例类是不变的，一般提供的是工具性的功能方法。例如IO操作，访问数据库资源

注意点一:单例类仅仅局限于一个JVM，所以当有多个JVM的分布式系统时，这个单例类就会被在多个JVM中实例化，造成多个单例类的对象出现，与单例模式的思想的不符合，若是无状态的单例类则不会有影响，因为无状态的单例类是不变的；但是，如果是有状态的单例类则会出现问题，例如，是给系统生成唯一的序列号，那么会造成系统的序列号不唯一。

注意点二：同一个JVM中会有多个类的加载器，当两个类加载器同时加载同一个类的时候，会出现单例类的两个实例，所以还是得尽量少使用有状态的单例类。

注意点三：在使用单例模式时，我们还需要去关注一点就是序列化(Serializable)和克隆(Cloneable)对实例的唯一性的影响。如果一个单例的类使用

实现Serializable和Cloneable接口，可能被反序列或克隆出一个新的实例，从而破坏了单例模式的思想，所以单例类一般不会去实现这两个接口

十一：应用

应用一：统计访问该单例类的次数

饿汉式的单例模式:

public class CountSingleton {
    	private CountSingleton(){}
    	private static CountSingleton mCountSingleton=new CountSingleton();
    	private int num=0;
    	public static CountSingleton getInstance(){
    		return mCountSingleton;
    	}
    	public synchronized int getCounts(){//synchronized实现线程同步
    		return ++num;
    	}
    }

<pre class="java" name="code">
 package com.mikyou.example;public class SingleDemo { public static void main(String[] args) {
   CountThread threadA=new CountThread("A线程");
   CountThread threadB=new CountThread("B线程");
   threadA.start();
   threadB.start();
  }
 }
 class CountThread extends Thread{
  private String threadName;
  public CountThread (String name) {
   threadName=name;
  }
  @Override
  public void run() {
   CountSingleton singleton=CountSingleton.getInstance();
   for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println(threadName+"--->第"+singleton.getCounts()+"次访问该单例类");
    try {
     sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
     // TODO Auto-generated catch block
     e.printStackTrace();
    }
   }
  }
 }<pre class="java" name="code">package com.mikyou.example;
 
 public class SingleDemo {
 
 	public static void main(String[] args) {
 		CountThread threadA=new CountThread("A线程");
 		CountThread threadB=new CountThread("B线程");
 		threadA.start();
 		threadB.start();
 	}
 }
 class CountThread extends Thread{
 	private String threadName;
 	public CountThread (String name) {
 		threadName=name;
 	}
 	@Override
 	public void run() {
 		CountSingleton singleton=CountSingleton.getInstance();
 		for (int i = 0; i < 5; i++) {
 			System.out.println(threadName+"--->第"+singleton.getCounts()+"次访问该单例类");
 			try {
 				sleep(1000);
 			} catch (InterruptedException e) {
 				// TODO Auto-generated catch block
 				e.printStackTrace();
 			}
 		}
 	}
 }

运行结果:(虽然A、B两个线程运行的顺序不一样，但是它利用单例模式成功实现了在两个线程下，采用饿汉式单例模式每次只允许一个线程去调用该方法，所以进一步体现了饿汉式的单例模式的线程安全)

![Center][]

懒汉式的单例模式（无加锁）

package com.mikyou.example;
    
    public class CountSingleton {
    	private CountSingleton(){}
    	private static CountSingleton mCountSingleton=null;
    	private int num=0;
    	public static CountSingleton getInstance(){//无加锁
    		if (mCountSingleton==null) {
    			mCountSingleton=new CountSingleton();
    		}
    		return mCountSingleton;
    	}
    	public synchronized int getCounts(){//synchronized实现线程同步
    		return ++num;
    	}
    }

<pre class="java" name="code">package com.mikyou.example;
 
 public class SingleDemo {
 
 	public static void main(String[] args) {
 		CountThread threadA=new CountThread("A线程");
 		CountThread threadB=new CountThread("B线程");
 		threadA.start();
 		threadB.start();
 	}
 }
 class CountThread extends Thread{
 	private String threadName;
 	public CountThread (String name) {
 		threadName=name;
 	}
 	@Override
 	public void run() {
 		CountSingleton singleton=CountSingleton.getInstance();
 		for (int i = 0; i < 5; i++) {
 			System.out.println(threadName+"--->第"+singleton.getCounts()+"次访问该单例类");
 			try {
 				sleep(1000);
 			} catch (InterruptedException e) {
 				// TODO Auto-generated catch block
 				e.printStackTrace();
 			}
 		}
 	}
 }

运行结果:

![Center 1][]

到这里，设计模式中的单例模式，个人认为常见的问题都总结到了，如果还有哪里有缺陷，请大家多多指出，希望共同学习共同进步。

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