单例模式之常见模式详解

灰太狼 2024-03-17 20:11 85阅读 0赞

#### 单例模式之常见模式详解 ####

*  单例模式的定义
 *  单例模式的分类
 *   *  饿汉模式
     *  懒汉模式
 *  单例模式的主要特点
 *  单例模式的应用场景
 *  总结

## 单例模式的定义 ##

> 单例模式是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。

> 在单例模式中，类的构造函数被私有化，这样其他类就无法直接创建该类的实例。而是通过一个静态方法或者属性来获取类的唯一实例。

## 单例模式的分类 ##

在Java中实现单例模式的方法有很多，这里介绍最常见的两种

### 饿汉模式 ###

以下是具体实现：

public class Singleton {
        
        //此处，先把实例创建出来
        private static  Singleton instance=new Singleton();
    
        //如果需要使用这个唯一实例，统一通过 Singleton.getInstance()方法来获取。
        public static Singleton getInstance(){
        
            return  instance;
        }
    
        //为了避免Singleton 类不小心被复制出多份来
        //把构造方法设置为private.在类外面，就无法通过new的方式来创建这个Singleton实例
        private Singleton(){
        
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][7b52fe7abcba4556a694294a67dc96ea.png]

> 此处static起着至关重要的作用：
> 
>  *  static 保证这个实例唯一
>  *  static 保证这个实例确实在一定时机中被创建出来  
>     static 修饰使得当前 instance 属性是类属性，类属性是在类对象上的，类对象在一个java进程里是唯一的（只是在类加载阶段被创建出一个实例）

> **补充知识点**：  
> 类加载：  
> java代码中的每个类都会在编译完成后得到 .class 文件。JVM运行时会加载这个 .class文件，读取其中的二进制指令，并且在内存中构造出对应的类对象。(形如Singleton.class)

![在这里插入图片描述][4d6972ac25aa4974946e876ae3af0f08.png]

>  *  把构造方法设为private，在类外面，就无法通过new的方式来创建这个实例了。

**饿汉模式的优点**是实现简单、线程安全，因为实例在类加载时就已经创建好了。但**缺点**是如果该实例在整个程序运行期间没有被使用到，会造成资源浪费。

### 懒汉模式 ###

以下是具体实现：

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

![在这里插入图片描述][d12c83e2e88b4722832cef306791c567.png]

> 懒汉模式没有在类加载时进行初始化，而是在第一次使用该类的实例时，通过判断实例是否已经存在来决定是否创建实例。（**延迟实例化，在需要时才创建唯一的实例**。）

**懒汉模式**的**优点**是实现简单，只有在需要时才创建实例，避免了资源浪费。但**缺点**是在多线程环境下可能会出现线程安全问题，需要额外处理。

如何让上述懒汉模式能够线程安全呢？进行加锁操作  
![在这里插入图片描述][fae98354fbe64168bc16149341d9acf3.png]

由于使用了synchronized关键字，可能会影响性能。为了提高性能，可以使用双重检查锁定等方式进行优化。

> 上述代码会导致每次 getInstance() 操作都要加锁，加锁操作是有开销的，然而如果判断instance 的值是非空时，就会直接触发return操作，此时由于没有修改操作，就没必要加锁。

如下：  
![在这里插入图片描述][3f0995fe228645f7b8085cd1c263da9d.png]

为了避免上述代码可能会遇到的内存可见性问题和指令重排序问题，使用volatile关键字进行优化。  
代码如下：

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

## 单例模式的主要特点 ##

>  *  私有的构造函数：通过将构造函数设为私有，防止其他类直接创建实例。
>  *  静态的实例变量：在类内部定义一个静态的实例变量，用于保存类的唯一实例。
>  *  静态的获取方法：提供一个静态的方法或属性，用于获取类的唯一实例。这个方法会在第一次调用时创建实例，并在后续调用时返回同一个实例。

## 单例模式的应用场景 ##

>  *  系统中某个类的对象只需要存在一个实例，例如配置信息类、日志记录类等。
>  *  需要频繁创建和销毁对象的场景，通过使用单例模式可以节省系统资源。
>  *  对象需要被共享或者全局访问的场景，例如线程池、数据库连接池等。

## 总结 ##

> 在实现单例模式时，需要注意线程安全性和延迟加载的问题。可以使用加锁、双重检查锁定等方式来确保线程安全，并且在需要时才创建实例，避免资源浪费。

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