设计模式——创建型：单例模式

ゝ一世哀愁。 2023-09-29 17:48 19阅读 0赞

### 一、单例设计模式的定义 ###

一个类只允许**创建一个对象（或叫实例）**，那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫作单例设计模式，简称单例模式（Singleton Pattern）。

### 二、单例的用处 ###

从业务概念上，有些数据在系统中只应保存一份，即使用单例模式：

*  处理资源访问冲突：
    
    打印日志 Logger 类 ，所有的日志都写入到同一个文件中，若分别创建多个Logger对象，多线程会可能出现同时写入相互覆盖的情况。FileWriter 本身是线程安全的，内部实现本身就加了对象级别的锁，所以只能给其加类级别的锁才有用。
    
    单例模式相对于之前类级别锁的好处是：不用创建那么多的Logger对象，一方面节省内存空间，另一方面节省系统文件句柄（对于操作系统来说，文件句柄也是一种资源，不能随便浪费）
 *  表示全局唯一类：
    
    如配置信息类，在系统中，只有一个配置文件，当配置文件被加载到内存之后，以对象的形式存在，也理所当然只有一份。

### 三、如何实现一个单例 ###

1.  构造函数需要是private访问权限的，才能避免外部通过new创建实例。
2.  考虑对象创建时的线程安全问题。
3.  考虑是否支持延迟加载
4.  考虑getInstance（）性能是否高（是否加锁）。

### 四、实现方式 ###

1.  饿汉式
    
    饿汉式的实现方式，在类加载的期间，就已经将instance静态实例初始化好了，所以instance实例的创建是线程安全的。
    
    但是不支持延迟加载实例。采用饿汉式实现方式，将耗时的初始化操作，提前到程序启动的时候，这样就能避免在程序运行的时候，再去初始化，导致性能问题。
    
    如果实例占用资源多，按照fail-fast设计原则（有问题及早暴露），那么我们也希望在程序启动的时候就触发报错，可以立即修复，可以避免在程序运行一段时间后，因实例占用资源过多导致系统崩溃，影响系统的可用性。
2.  懒汉式
    
    懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。  
    其缺点是会导致频繁加锁，释放锁，以及并发度低等问题，频繁的调用产生性能瓶颈。
3.  双重检测
    
    既支持延迟加载，又支持高并发的单例实现方式。只要instance被创建之后，在调用getInstance（）函数都不会进入到加锁逻辑中。
4.  静态内部类
    
    比双重检测简单。
5.  枚举
    
    基于枚举类型的单例实现，通过Java枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全和实例的唯一性。

### 五、单例存在哪些问题 ###

*  单例对OOP特性的支持不友好。（意味着放弃继承和多态的特性）
 *  单例会隐藏类之间的依赖关系。（单例类不需要显示创建，不需要依赖参数传递，只有仔细查看每个函数的代码实现，才能知道依赖了哪些单例类）
 *  单例对代码的可测试下不友好，对代码的扩展性不友好。
 *  单例对代码的可测试性不友好，对代码的扩展性不友好。单例类只能有一个对象实例，如果某一天需要创建多个实例或多个实例对象，代码改动比较大（如数据库连接池、线程池的资源池最好不用单例）
 *  单例不支持有参数的构造函数。

### 六、单例有什么替代解决方案 ###

为了保证全局唯一性，除了使用单例，还可以用静态方法实现，不过静态方法这种思想比单例更加不灵活，比如，它无法支持延迟加载，如果需要完全解决这些问题，可能要从根上寻找其他方式来实现全局唯一类，如：通过工厂模式、IOC容器（Spring IOC容器）来保证，由程序员自己来保证不创建两个对象。

有人把单例当作反模式，主张杜绝在项目中使用，思想有点极端，模式没错，关键是怎么用，如果单例类并没有后续扩展的需求，并且不依赖外部系统，那设计成单例类就没有太大问题。

### 七、如何理解单例模式的唯一性 ###

单例类中对象的唯一性的作用范围是“**进程唯一**”的。

*  进程唯一：指的是进程内唯一，进程间不唯一；意味着线程内、线程间都唯一；
 *  线程唯一：指的是线程内唯一，线程间不唯一；
 *  集群唯一：指的是进程内、进程间也唯一。

### 八、如何实现线程唯一的单例、集群环境下的单例 ###

1.  实现线程唯一的单例
    
    通过一个HashMap来存储对象，其中key是线程ID，value是对象，就可以做到不同的线程对应不同的对象，同一个线程只能对应一个对象，实际上，Java语言本身提供了ThreadLocal并发工具类，可以更加轻松的实现线程唯一单例。
2.  集群环境下的单例
    
    集群唯一：指的是进程内、进程间也唯一。即不同的进程间共享同一个对象，不能创建同一个类的多个对象。
    
    我们需要把这个单例对象序列化并存储到外部共享存储区（如文件）。进程在使用这个单例对象的时候，需要先从外部共享存储区中将它读取到内存中，并反序列化成对象，然后再使用，使用完成之后还需要再存储回外部共享存储区。为了保证任何时刻在进程间都只有一份对象存在，一个进程在获取到对象之后，需要对对象加锁，避免其他进程再将其获取。再进程使用完这个对象之后，需要显示的将对象从内存中删除并且释放对对象的加锁。

### 九、如何实现一个多例模式 ###

“单例”指的是一个类只能创建一个类，对应地，“多例”指的是一个类可以创建多个对象，但是个数是有限制的，比如只能创建3个对象。多例的实现也比较简单，通过一个Map来存储对象类型和对象之间的对应关系，来控制这个对象。