【3W2H设计模式】单例模式

川长思鸟来 2023-09-27 15:24 133阅读 0赞

### 3W2H学习设计模式-单例模式 ###

#### 一、WHAT 什么是单例模式 ####

单例模式（Singleton Pattern）是创建型模式一种，是设计模式中最简单的设计模式之一。它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式是一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

**说明：**

*  单例类只能有一个实例。
 *  单例类必须自己创建自己的唯一实例。
 *  单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

#### 二、WHY 为什么用单例模式 ####

*  单例模式在内存中有且只有一个对象被实例化，节省了内存空间
 *  避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能
 *  避免对共享资源的多重占用
 *  可以全局访问

#### 三、WHEN 什么时候用单例模式 ####

单例模式节省内存，占用空间少，性能高等特点。所以单例模式适用以下几种场景：

*  需要频繁实例化然后销毁的对象
 *  创建对象耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象
 *  有状态的工具类对象
 *  频繁访问数据库或文件的对象
 *  以及其他要求只有一个对象的场景

#### 四、HOW 如何实现单例模式 ####

前面已说了单例模式优点，及其使用场合。那么在开发中如果使用单例模式。单例模式如何实现的哪？

1.  ###### 单例模式类图 ######

![在这里插入图片描述][7c7c67fb5f5e4fb78563877a196d488d.png_pic_center]

1.  ###### 单例模式是实现 ######
    
    1).创建一个EagerSingleton类
    
        //饥饿式（静态变量）
        public class EagerSingleton {
              
            // 1.私有构造函数
            public EagerSingleton() {
              
            }
        
            // 2.在类中创建类对象
            private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
        
            // 3.提供一个公共的访问方式，让实现类获取该对象
            public static EagerSingleton getInstance() {
              
                return instance;
            }
        }
    
    2). 从EagerSingleton类获取唯一的对象
    
        public class SingleInstanceApp {
              
            public static void main(String[] args) {
              
                EagerSingleton singleton1 = EagerSingleton.getInstance();
                EagerSingleton singleton2 = EagerSingleton.getInstance();
                // System.out.println(singleton1.hashCode());
                // System.out.println(singleton2.hashCode());
                if (singleton1.equals(singleton2)) {
              
                    System.out.println("同一个单例模式");
                }
            }
        }
    
    3）.运行结果
    
        同一个单例模式
2.  ###### 单例模式几种实现方式 ######
    
    ###### 1). 懒汉模式 - 线程不安全 ######
    
        /**
         * 懒汉模式 - 线程不安全
         */
        public class Singleton {
              
            private static Singleton instance;
        
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static Singleton getInstance() {
              
                return instance == null ? new Singleton() : instance;
            }
        }
    
    **注意**：这种方式是最基础的实现方法，这种方法不支持多线程。
    
    ###### 2).懒汉模式 - 线程安全 ######
    
        /**
         * 懒汉式，线程安全 ，效率低，尽量少用
         *
         */
        public class Singleton {
              
            private static Singleton instance;
        
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static synchronized Singleton getInstance() {
              
        
                return instance == null ? new Singleton() : instance;
            }
        }
    
    **注意** ：第一次调用才初始化，避免内存浪费；但是加锁 synchronized 保证单例，加锁会影响效率，建议少用。
    
    ###### 3).饥饿模式 - 线程不安全 ######
    
        /**
         * 饥饿模式 - 没有加锁，执行效率会提高;类加载时就初始化，浪费内存;
         *
         */
        public class Singleton {
              
            private static Singleton instance = new Singleton();
        
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static Singleton getInstance() {
              
                return instance;
            }
        }
    
    **注意**：它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，没有加锁，执行效率会提高，但是因为类加载就初始化，会产生内存垃圾。造成内存浪费
    
    ###### 4).双检锁/双重校验锁（） ######
    
        /**
         * 双检锁/双重校验锁 - 采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。;
         *
         */
        public class Singleton {
              
            private volatile static Singleton singleton;
        
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static Singleton getSingleton() {
              
                if (singleton == null) {
              
                    synchronized (Singleton.class) {
              
                        if (singleton == null) {
              
                            singleton = new Singleton();
                        }
                    }
                }
                return singleton;
            }
        }
    
    **注意**：双检锁/双重校验锁 - 这种模式线程安全并且在多线程下保存高效。
    
    ###### 5).登记式/静态内部类 ######
    
        /**
         * 登记式/静态内部类 -
         * 能达到双检锁方式一样的功能且简单。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，双检锁方式在实例需要延迟初始化时使用。
         *
         */
        public class Singleton {
              
            private static class SingletonHolder {
              
                private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
            }
        
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static final Singleton getInstance() {
              
                return SingletonHolder.INSTANCE;
            }
        }
    
    **注意**：内部静态类实现的单例模式-使用是延时初始化，并达到双重校验锁的效果。
    
    ###### 6).枚举型单例模式 ######
    
        /**
         * 可避免多线程同步问题；还可以防止通过反射和反序列化来重新创建新的对象
         */
        public class Singleton {
              
            private Singleton() {
              
            }
        
            public static enum SingletonEnum {
              
                SINGLETON;
        
                private Singleton instance = null;
        
                private SingletonEnum() {
              
                    instance = new Singleton();
                }
        
                public Singleton getInstance() {
              
                    return instance;
                }
            }
        }
    
    **注意**：枚举是在JDK1.5以及以后版本中增加的一个“语法糖”，**它主要用于维护一些实例对象固定的类** 枚举单例模式可避免多线程同步问题；还可以防止通过反射和反序列化来重新创建新的对象

######  ######

#### 五、HOW TO CHANGE（单例模式在代码中如何使用） ####

1.  ###### JDK 中 java.lang.Runtime 类，每个运行中的 Java 应用的环境信息，单例 ######
    
        public class Runtime {
              
           private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
           public static Runtime getRuntime() {
              
                 return currentRuntime;
           }
           private Runtime() {
              }
           .......
        }
2.  ###### Spring 的单例 bean 的实现。Spring 的单例是 IoC 容器级别的 ######
    
        public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
                  
         
            /** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
        	private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
         
            /** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
        	private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
         
        	/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
        	private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
        	@Nullable
        	protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
              
        		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        		if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
              
        			synchronized (this.singletonObjects) {
              
        				singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        				if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
              
        					ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
        					if (singletonFactory != null) {
              
        						singletonObject = singletonFactory.getObject();
        						this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
        						this.singletonFactories.remove(beanName);
        					}
        				}
        			}
        		}
        		return singletonObject;
        	}
        }
3.  ###### MyBatis中ErrorContext ######

package org.apache.ibatis.executor;
     
    /**
     * @author Clinton Begin
     */
    public class ErrorContext {
        
     
      private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator","\n");
      private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<ErrorContext>();
     
      //暂存线程上下文
      private ErrorContext stored;
     
      private String sql;
      ... //各个阶段的值存储
     
      private Throwable cause;
     
      private ErrorContext() {
        
      }
     
      public static ErrorContext instance() {
        
        //单例模式，从当前线程获取线程存储变量（一个）
        ErrorContext context = LOCAL.get();
        if (context == null) {
        
          context = new ErrorContext();
          LOCAL.set(context);
        }
        return context;
      }
     
      public ErrorContext store() {
        
        stored = this;
        LOCAL.set(new ErrorContext());
        return LOCAL.get();
      }
     
      public ErrorContext recall() {
        
        if (stored != null) {
        
          LOCAL.set(stored);
          stored = null;
        }
        return LOCAL.get();
      }
     
      public ErrorContext sql(String sql) {
        
        //这种写法是流式编程
        this.sql = sql;
        return this;
      }
     
      public ErrorContext cause(Throwable cause) {
        
        this.cause = cause;
        return this;
      }
     
      public ErrorContext reset() {
        
        ...各个阶段记录初始化
        sql = null;
        
        LOCAL.remove();
        return this;
      }
     
      @Override
      public String toString() {
        
        StringBuilder description = new StringBuilder();
     
        ...各阶段日志输出
     
        // sql
        if (sql != null) {
        
          description.append(LINE_SEPARATOR);
          description.append("### SQL: ");
          description.append(sql.replace('\n', ' ').replace('\r', ' ').replace('\t', ' ').trim());
        }
     
        // cause
        if (cause != null) {
        
          description.append(LINE_SEPARATOR);
          description.append("### Cause: ");
          description.append(cause.toString());
        }
     
        return description.toString();
      }
     
    }

[7c7c67fb5f5e4fb78563877a196d488d.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/7c7c67fb5f5e4fb78563877a196d488d.png#pic_center