设计模式-单例模式
2022/8/15 23:23:21
本文主要是介绍设计模式-单例模式,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
1. 单例模式介绍
所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
比如 Hibernate 的 SessionFactory,它充当数据存储源的代理,并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的,一般情况下,一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够,这是就会使用到单例模式。
单例模式八种方式
- 饿汉式 ( 静态常量 )
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全,同步方法)
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)
- 双重检查
- 静态内部类
- 枚举
2. 饿汉式(静态常量)
应用实例
步骤如下:
-
构造器私有化 (防止 new)
-
类的内部创建对象
-
向外暴露一个静态的公共方法
getInstance
-
代码实现
public class SingletonDemo01 { public static void main(String[] args) { Singleton01 instance01 = Singleton01.getInstance(); Singleton01 instance02 = Singleton01.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 饿汉式--静态常量 */ class Singleton01 { // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton01() { } // 2.定义静态变量 public final static Singleton01 instance = new Singleton01(); // 3.向外暴露一个静态方法 public static Singleton01 getInstance() { return instance; } }
优缺点说明
- 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化,避免了线程同步问题。
- 缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到 LazyLoading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费。
- 这种方式基于 classloder 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,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法,但是导致类装载的原因有很多种,因此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 就没有达到 lazyloading 的效果。
- 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费。
3. 饿汉式(静态代码块)
应用实例
public class SingletonDemo02 { public static void main(String[] args) { Singleton02 instance01 = Singleton02.getInstance(); Singleton02 instance02 = Singleton02.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 饿汉式--静态代码块 */ class Singleton02 { // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton02() { } // 2.定义静态变量 public static Singleton02 instance; // 3.静态代码块 static { instance = new Singleton02(); } // 4.向外暴露一个静态方法 public static Singleton02 getInstance() { return instance; } }
优缺点说明
- 这种方式和上面的方式其实类似,只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候,就执行静态代码块中的代码,初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
- 结论:这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费。
4. 懒汉式(线程不安全)
应用实例
public class SingletonDemo03 { public static void main(String[] args) { Singleton03 instance01 = Singleton03.getInstance(); Singleton03 instance02 = Singleton03.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 懒汉式--线程不安全 */ class Singleton03 { // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton03() { } // 2.创建静态常量 private static Singleton03 instance; // 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance public static Singleton03 getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton03(); } return instance; } }
优缺点说明
- 起到了 LazyLoading 的效果,但是只能在单线程下使用。
- 如果在多线程下,一个线程进入了
if(singleton==null)
判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例,造成线程不安全,所以在多线程环境下不可使用这种方式。 - 结论:在实际开发中,不要使用这种方式.
5. 懒汉式(线程安全,同步方法)
应用实例
public class SingletonDemo04 { public static void main(String[] args) { Singleton04 instance01 = Singleton04.getInstance(); Singleton04 instance02 = Singleton04.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 懒汉式--线程安全 */ class Singleton04{ // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton04() { } // 2.创建静态常量 private static Singleton04 instance; // 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance // 4.加入 synchronized 关键字,解决线程不完全问题 public static synchronized Singleton04 getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton04(); } return instance; } }
优缺点说明
- 解决了线程安全问题。
- 效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行
getInstance()
方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低。 - 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式。
6. 懒汉式(线程安全,同步代码块)
应用实例
public class SingletonDemo05 { public static void main(String[] args) { Singleton05 instance01 = Singleton05.getInstance(); Singleton05 instance02 = Singleton05.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 懒汉式--线程安全--同步代码块 */ class Singleton05{ // 1.构造方法私有化,外部不能 new private Singleton05() { } // 2.创建静态常量 private static Singleton05 instance; // 3.创建静态方法,供外部调用,当需要实例时,才去创建 instance // 4.使用同步代码块 public static Singleton05 getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton05.class) { instance = new Singleton05(); } } return instance; } }
优缺点说明
- 结论:在实际开发中,不能使用这种方式。
7. 双重检查
应用实例
public class SingletonDemo06 { public static void main(String[] args) { Singleton06 instance01 = Singleton06.getInstance(); Singleton06 instance02 = Singleton06.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 双重检查 */ class Singleton06 { // 1.构造方法私有化,外部不能直接 new private Singleton06 () { } // 2.创建静态常量 private static Singleton06 instance; // 3.提供静态方法,供外部调用 // 4.使用双重检查,即实现了懒加载的效果,又保证了线程安全,推荐使用 public static Singleton06 getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton06.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton06(); } return instance; } } return instance; } }
优缺点说明
- Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次
if(singleton==null)
检查,这样就可以保证线程安全了。 - 这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断
if(singleton==null)
,直接return
实例化对象,也避免的反复进行方法同步。 - 线程安全、延迟加载、效率较高。
- 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式。
8. 静态内部类
应用实例
public class SingletonDemo07 { public static void main(String[] args) { Singleton07 instance01 = Singleton07.getInstance(); Singleton07 instance02 = Singleton07.getInstance(); System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 使用静态内部类的方式实现单例模式 */ class Singleton07 { // 1.构造方法私有化,外部不能直接 new private Singleton07() { } // 2.创建一个静态内部类 private static class Singleton07Instance { private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07(); } // 3.创建一个静态方法,供外部调用 // 4.JVM 在加载类的时候不会加载静态内部类,在使用到静态内部类的时候才会加载,这样既保证了懒加载的效果,又保证了线程安全 public static Singleton07 getInstance() { return Singleton07Instance.INSTANCE; } }
优缺点说明
- 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
- 静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用
getInstance
方法,才会装载 SingletonInstance 类,从而完成 Singleton 的实例化。 - 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM 帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。
- 优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高。
- 结论:推荐使用。
9. 枚举
应用实例
public class SingletonDemo08 { public static void main(String[] args) { Singleton08 instance01 = Singleton08.INSTANCE; Singleton08 instance02 = Singleton08.INSTANCE; System.out.println(instance01 == instance02); // true System.out.println("instance01 hashcode=" + instance01.hashCode()); System.out.println("instance02 hashcode=" + instance02.hashCode()); } } /** * 使用枚举的方式实现单例模式 */ enum Singleton08 { INSTANCE; }
优缺点说明
- 这借助 JDK 1.5 中添加的枚举来实现单例模式,不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
- 这种方式是 EffectiveJava 作者 JoshBloch 提倡的方式。
- 结论:推荐使用。
10. 单例模式在JDK应用的源码分析
-
JDK 中,
java.lang.Runtime
就是经典的单例模式(饿汉式) -
代码分析 + Debug 源码 + 代码说明
public class Runtime { // 使用静态常量的方式实现单例模式 private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); /** * Returns the runtime object associated with the current Java application. * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance * methods and must be invoked with respect to the current runtime object. * * @return the <code>Runtime</code> object associated with the current * Java application. */ public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime; } /** Don't let anyone else instantiate this class */ private Runtime() {} }
11. 单例模式注意事项和细节说明
- 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能。
- 当想实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用 new。
- 单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、 session 工厂等)。
这篇关于设计模式-单例模式的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!
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