【Java】设计模式之单例模式介绍

叁歲伎倆 2023-02-15 12:54 18阅读 0赞

# 单例模式 #

**单例模式是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，他提供了一种创建对象的最佳方式；**

> 单例模式介绍：所谓单例，就是整个程序有且仅有一个实例，该类负责自己创建自己的对象，同时确保只有一个对象被创建，在Java中，一般常用在工具类的实现或创建对象需要消耗资源。

**注意：**

*  单例模式只能有一个实例；
 *  单例类必须自己创建自己唯一的实例；
 *  单例模式必须给所有其他对象提供这一实例；

**介绍：**

**意图：**保证一类仅有一个实例，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；

**何时使用：**当你想控制实例数目，节省系统资源的时候；

**如何解决：**判断系统是否已经有这个单例，如果有，则返回，如果没有则创建；

**应用实例：**

*  一个班级只有一个班主任。
 *  Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
 *  一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

**优点：**

*  在内存中只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁地创建和销毁实例；
 *  避免对资源的多重占用；

**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，而不关心外面咋样来实例化；

**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。

**注意事项：**getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

**实现：**

class Single{
        //自己创建一个对象
        private static Single instance=new Single();
        //私有化构造方法
        private Single(){}
        //提供返回该对象的静态方法
        public static Single getInstance(){
            return instance;
        }
    }
    public class SingleDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //不合法的构造函数
          //编译时错误：构造函数 Single() 是不可见的
          //Single s = new Single();
            Single s1=Single.getInstance();
            Single s2=Single.getInstance();
            System.out.println(s1==s2);
        }
    }

单例模式的几种实现方式

主要有：

**1）饿汉模式：程序启动即创建实例**

**2）懒汉模式：程序启动先不创建实例，而等到第一次使用的时候再创建**

举例：

吃完饭，立即洗碗（饿汉模式）

吃完饭，把碗先放那，下一顿要吃的时候，再洗碗（懒汉模式，提高效率）

## 第一种：懒汉式，线程不安全 ##

这种方式是最基本的实现方式，但是它是**线程不安全的，不能支持多线程**，因为没有加锁synchronized，所以严格意义上他并不算单例模式；

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

## 第二种：懒汉式，线程安全，性能低 ##

它是一种**多线程安全的懒汉式**，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，**效率很低**，99% 情况下不需要同步。该方法不常用；

**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；

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

## 第三种：饿汉式 ##

**线程安全，比较常用，但是很容易产生垃圾，因为一开始就初始化**

**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；

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

## 第四种：双检锁/双重校验锁（DCL，即double- checked- locking） ##

**多线程安全版、进行二次判断、性能高的懒汉模式；**

JDK版本：JDK1.5起；

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**；

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

## 第五种：静态内部类单例模式 ##

它是一种**多线程安全版本的模式，能达到双检锁方式一样的的功效，但是实现更简单**。对静态域使用延迟初始化，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**；

只有第一次调用getIntestance方法时，虚拟机才加载Inner并初始化INSTANCE，只有一个线程可以获得对象的初始化锁，其他线程无法进行初始化，保证对象的唯一性；

public class Single{
        private static class Inner{
            private static final Single INSTANCE = new Single();
        }
        private single(){}
        public static  Single getInstance(){
            retrun Inner.INSTANCE;
        }
    }

## 第六种：枚举 ##

JDK版本：JDK1.5起

是一种多线程安全的的方式，它是实现单例模式的最佳方法，更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化；

public enum Single{
        INSTANCE;
        public void whatrverMethod(){
        }
    }

参考文章：[https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html][https_www.runoob.com_design-pattern_singleton-pattern.html]

[https_www.runoob.com_design-pattern_singleton-pattern.html]: https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html