23种Java设计模式之单例模式

程序媛刘玲玲_HelloWorld
269 阅读7分钟

单例模式的应用

Java单例模式是我在大学期间，学习的23种设计模式之一。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    // 私有构造函数，防止外部实例化对象
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例对象的静态方法，这个数据静态公有静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
    // 单例对象的业务逻辑方法
    public void doSomething() {
        // TODO: 实现业务逻辑
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
    }
}

说明两次调用getInstance()时所获取的对象是同一个实例对象，且无法在外部对Singleton进行实例化，因而确保系统中只有一个唯一的一个Singleton对象。

单例模式注意：

  • 单例类的构造函数为私有
  • 提供一个自身的静态私有成员变量
  • 提供一个公有的静态工厂方法

我为什么要用到单例模式呢 ？

在学习MyBatis的时候，我们会在测试主类中，写如下的代码，去使用mybatis

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SqlSessionFactory factory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml"));
        SqlSession sqlSession = factory.openSession();
        List<User> list = sqlSession.selectList("com.lzh.mybatis01.mapper.UserMapper.getUser");
        for (User user : list) {
            System.out.println("user = " + user);
        }
        sqlSession.close();
    }
}

SqlSessionFactory 顾名思义是一个工厂类，如果我们可以使用单例模式对下面这行代码进行优化：

为什么要优化这段代码，我们的SqlSessionFactory很明显并不需要每次都被执行，只需要执行一次就可以了，这个时候单例模式就派上用场了。

SqlSessionFactory factory = new SqlSessionFactoryBuilder()
.build(Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml"));

新建一个SqlSessionFactory单例模式

public class SqlSessionFactoryUtils {
    private static SqlSessionFactory SQLSESSIONFACTORY = null;
    public static SqlSessionFactory getInstance() throws IOException {
        if (SQLSESSIONFACTORY == null) {
            SQLSESSIONFACTORY = new SqlSessionFactoryBuilder().build(Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml"));
        }
        return SQLSESSIONFACTORY;
    }
}

测试主类：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SqlSessionFactory factory = SqlSessionFactoryUtils.getInstance();
        SqlSession sqlSession = factory.openSession();
        List<User> list = sqlSession.selectList("com.lzh.mybatis01.mapper.UserMapper.getUser");
        for (User user : list) {
            System.out.println("user = " + user);
        }
        sqlSession.close();
    }
}

终于明白为什么要用单例模式了，很好用。

⬇️⬇️⬇️以下摘自www.runoob.com

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）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，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，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。

注意：

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

介绍

意图： 保证一个类仅有一个实例，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： 当您想控制实例数目，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。

关键代码： 构造函数是私有的。

应用实例：

  • 1、一个班级只有一个班主任。
  • 2、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。
  • 3、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：

  • 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
  • 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

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，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

  • 1、要求生产唯一序列号。
  • 2、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。
  • 3、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

我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo 类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

单例模式的 UML 图

步骤 1

创建一个 Singleton 类。

SingleObject.java

image.png

步骤 2

从 singleton 类获取唯一的对象。

SingletonPatternDemo.java

image.png

步骤 3

执行程序，输出结果：

Hello World!

单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，如下所示：

1、懒汉式，线程不安全

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程安全： 否

实现难度： 易

描述： 这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

实例

image.png

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2、懒汉式，线程安全

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程安全： 是

实现难度： 易

描述： 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。
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。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

实例

image.png

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化： 否

是否多线程安全： 是

实现难度： 易

描述： 这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
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。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

实例

image.png

image.png

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本： JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程安全： 是

实现难度： 较复杂

描述： 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。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。

实例

image.png

5、登记式/静态内部类

是否 Lazy 初始化： 是

是否多线程安全： 是

实现难度： 一般

描述： 这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。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，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

实例

image.png

经验之谈： 一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第.如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

以上摘自www.runoob.com

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