【专题系列】设计模式—— 七：单例模式

心已赠人 2022-11-26 10:57 153阅读 0赞

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来源 | https://www.cnblogs.com/three-fighter/p/12353205.html

*  什么是单例模式？
 *  单例模式的实现
 *   *  饿汉式
     *  懒汉式
     *  线程安全的懒汉式
     *  登记式
 *  单例模式的优缺点
 *   *  单例模式的优点
     *  单例模式的缺点

单例模式是23个模式中比较简单的模式，应用也非常广泛

# 什么是单例模式？ #

单例模式的定义：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某一个类 只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

单例设计模式通用类图如下：

7-1：单例设计模式通用类图

![format_png 2][]

Sngleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实 例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）。

单例模式的通用实例如下：

public class Singleton {
    	private static final Singleton singleton = new Singleton();
    
    	// 限制产生多个对象
    	private Singleton() {
    	}
    
    	// 通过该方法获得实例对象
    	public static Singleton getSingleton() {
    		return singleton;
    	}
    
    	// 类中其他方法，尽量是static
    	public static void doSomething() {
    	}
    }

# 单例模式的实现 #

单例模式的实现主要有饿汉式、懒汉式、登记式。

## 饿汉式 ##

/**
     *
     * @description: 饿汉式
     * @author 三分恶
     * @date 2020年3月7日
     */
    public class HungrySingleton {
    	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
        private static volatile HungrySingleton instance  = new HungrySingleton();
    
        //构造函数私有化
        private HungrySingleton() {
            
        }
    
        //获取类的实例
        public static HungrySingleton getInstance() {
            return instance;
        }
    }

## 懒汉式 ##

/**
     * 懒汉式单例模式
     * @author 三分恶
     *
     */
    public class LazySingleton {
    	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
        private static LazySingleton instance = null;
    
        // 构造函数私有化
        private LazySingleton() {
        }
    
        public static LazySingleton getInstance() {
            //先判断是否存在当前类的实例
            if (instance == null) {
                instance = new LazySingleton();
            }
            return instance;
        }
    }

## 线程安全的懒汉式 ##

懒汉式单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题，若系统压力增大，并发量增加时则可能在内存中出现多个实例，破坏了最初的预期。

可以使用JDK的synchronized同步代码块来解决懒汉式线程安全问题。

/**
     * @description: 线程安全懒汉式
     * @author 三分恶
     * @date 2020年3月8日
     */
    public class SynchronizedLazySingleton {
    
    	// 创建全局静态变量，保证只有一个实例
    	private static SynchronizedLazySingleton instance = null;
    
    	// 构造函数私有化
    	private SynchronizedLazySingleton() {
    	}
    
    	public static SynchronizedLazySingleton getInstance() {
    		if (instance != null) {
    			return instance;
    		}
    
    		synchronized (SynchronizedLazySingleton.class) {
    			if (instance == null) {
    				instance = new SynchronizedLazySingleton();
    			}
    		}
    		return instance;
    	}
    
    	/*也可以用synchronized关键字修饰getInstance方法来实现
    	 * public static synchronized SynchronizedLazySingleton getInstance() { if
    	 * (instance != null) { return instance; }
    	 *
    	 * if (instance == null) { instance = new SynchronizedLazySingleton(); } return
    	 * instance; }
    	 */
    }

## 登记式 ##

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。

import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    
    /**
     * @description: 登记式，类似类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取
     * @author 三分恶
     * @date 2020年3月8日
     */
    public class RegisterSingleton {
    	private static Map<String, RegisterSingleton> map = new ConcurrentHashMap<>();
    
    	//
        protected RegisterSingleton() {
        }
    
        public static RegisterSingleton getInstance(String name) {
            if (name == null) {
                name = RegisterSingleton.class.getName();
            }
            if (map.get(name) != null) {
                return map.get(name);
            }
            try {
                RegisterSingleton result = (RegisterSingleton)Class.forName(name).newInstance();
                map.put(name, result);
                return result;
            } catch (InstantiationException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    
        public Map<String, RegisterSingleton> getMap() {
            return map;
        }
    }

# 单例模式的优缺点 #

## 单例模式的优点 ##

● 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地 创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。

● 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，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，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM 垃圾回收机制）。

● 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在 内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

● 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，例如可以设计一个单 例类，负责所有数据表的映射处理。

## 单例模式的缺点 ##

● 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途 径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它 要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊 情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。

● 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行 测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

● 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

> 单例模式的应用比较广泛，其中最经典的是在Spring中，每个Bean默认是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理这些Bean的生命期，决定什么时候创建 出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理，等等。如果采用非单例模式（Prototype类型），则Bean初始化后的管理交由J2EE容器，Spring容器不再跟踪管理Bean的生命周期。

**参考：**  
【1】：《设计模式之禅》  
【2】：《图解设计模式》  
【3】：《Design-Pattern包教不包会(设计模式包教不包会) 》

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[SpringBoot]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NjczNTM5NQ%3D%3D&chksm=fbc1d591ccb65c874368c7940d76355d95185fb379cc3bc5f97fdc505b96ab1a03e68b59a94a&idx=1&mid=2247490397&scene=21&sn=9688c6f29545ea6c11325cbd6ab01c2a#wechat_redirect
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[21 _HashMap]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NjczNTM5NQ%3D%3D&chksm=fbc1d429ccb65d3fc4be6ab008e4318d3beeccb1394801c72e33cbb9fd162868dce2b9b0c0f2&idx=1&mid=2247490277&scene=21&sn=63d44db7ae6930f25478119f423227d4#wechat_redirect
[float]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NjczNTM5NQ%3D%3D&chksm=fbc1d5cdccb65cdb97329d4ab51a9362c0515d6fe70c3def3dfa370cc2439fef10f9c2a87c51&idx=1&mid=2247490305&scene=21&sn=5649957d74d035a0919293b92a5659f6#wechat_redirect
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