设计模式笔记--单例模式

 

常用设计模式有23中，分为：

创建型模式（主要用于创建对象）

 

1、单例模式    2、工厂方法模式    3、抽象工厂模式    4、建造者模式     5、原型模式 
行为型模式 （主要用于描述对象或类是怎样交互和怎样分配职责）

 

1、模板方法模式  2、中介者模式  3、命令模式    4、责任链模式   5、策略模式   6、迭代器模式  

7、观察者模式      8、备忘录模式   9、访问者模式   10、状态模式  11、解释器模式

结构型模式(主要用于处理类或对象的组合)

1、代理模式  2、装饰模式   3、适配器模式   4、组合模式   5、外观模式（门面模式）   6、享元模式   7、桥梁模式

 

单例模式 

 

单例模式（Singleton Pattern）是一个比较简单的模式，其定义如下：

 

 确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。    

 

 

 

Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）。  

 

单例模式通用代码 : 

 

 

单例模式的使用场景

 

在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，如果出现多个对象就会出现“不良反 应 ”，可以采用单例模式.

具体的场景如下：

 

● 要求生成唯一序列号的环境；

 

● 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器， 使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；

 

● 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；

 

● 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当 然，也可以直接声明为static的方式）。  

 

注意事项  

 

首先，在高并发情况下，请注意单例模式的线程同步问题 

 

其次，需要考虑对象的复制情况 ( 单例类不要实现Cloneable接口  )

 

有上限的多例模式

需要产生固定数量对象的模式就叫做有上限的多例模式，它是单例模式的一种扩展.

 

采用有上限的多例模式，我们可以在设计时决定在内存中有多少个实例，方便系统进行扩展，修正单例可能存在的性能问题，提供系统的响应速度。例如读取文件，我们可以在系统启动时完成初始化工作，在内存中启动固定数量的reader实例，然后在需要读取文件时就可以快速响应。  

 

 

3.实现

3.4 饿汉式

//单例类.   
public class Singleton {
    
    private Singleton() {//构造方法为private,防止外部代码直接通过new来构造多个对象
    }

    private static final Singleton single = new Singleton();  //在类初始化时，已经自行实例化,所以是线程安全的。

    public static Singleton getInstance() {  //通过getInstance()方法获取实例对象
        return single;
    }
}  

优点：写法简单，线程安全。

• 缺点：没有懒加载的效果，如果没有使用过的话会造成内存浪费。

3.1 懒汉式（线程不安全）

//单例类
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton single = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (single == null) {
            single = new Singleton();  //在第一次调用getInstance()时才实例化，实现懒加载,所以叫懒汉式
        }
        return single;
    }
} 

• 优点：实现了懒加载的效果。
• 缺点：线程不安全。

3.1 懒汉式（线程安全）

//单例类
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton single = null;

    public static synchronized Singleton getInstance() { //加上synchronized同步 
        if (single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}  

• 优点：实现了懒加载的效果，线程安全。
• 缺点：使用synchronized会造成不必要的同步开销，而且大部分时候我们是用不到同步的。

3.3 双重检查锁定（DCL）

public class Singleton {
    private volatile static Singleton singleton; //volatile 能够防止代码的重排序，保证得到的对象是初始化过

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {  //第一次检查，避免不必要的同步
            synchronized (Singleton.class) {  //同步
                if (singleton == null) {   //第二次检查，为null时才创建实例
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
} 

• 优点：懒加载，线程安全，效率较高
• 缺点：volatile影响一点性能，高并发下有一定的缺陷，某些情况下DCL会失效，虽然概率较小。

3.5 静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        //第一次调用getInstance方法时才加载SingletonHolder并初始化sInstance
        return SingletonHolder.sInstance;
    }
    
    //静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton sInstance = new Singleton();
    }
}

• 优点：懒加载，线程安全，推荐使用

3.6 枚举单例

public enum Singleton {

    INSTANCE;   //定义一个枚举的元素，它就是Singleton的一个实例

    public void doSomething() {
    }
}  

优点：线程安全，写法简单，能防止反序列化重新创建新的对象。

• 缺点：可读性不高，枚举会比静态常量多那么一丁点的内存。

3.7 使用容器实现单例模式

//单例管理类
public class SingletonManager {
    private static Map objMap = new HashMap();

    public static void registerService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);//添加单例
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);//获取单例
    }
}

• 优点：方便管理。
• 缺点：写法稍复杂。

4.注意事项

1. 使用反射能够破坏单例模式，所以应该慎用反射

    Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
    con.setAccessible(true);
    // 通过反射获取实例
    Singleton singeton1 = (Singleton) con.newInstance();
    Singleton singeton2 = (Singleton) con.newInstance();
    System.out.println(singeton1==singeton2);//结果为false,singeton1和singeton2将是两个不同的实例

• 可以通过当第二次调用构造函数时抛出异常来防止反射破坏单例，以懒汉式为例：

public class Singleton {
    private static boolean flag = true;
    private static Singleton single = null;

    private Singleton() {
        if (flag) {
            flag = !flag;
        } else {
            throw new RuntimeException("单例模式被破坏！");
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}  

1. 反序列化时也会破坏单例模式，可以通过重写readResolve方法避免，以饿汉式为例：

public class Singleton implements Serializable {
    private Singleton() {
    }

    private static final Singleton single = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return single;
    }

    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {//重写readResolve()
        return single;//直接返回单例对象
    }
} 

5.应用场景

• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 工具类对象；
• 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；

6.优点

• 内存中只存在一个对象，节省了系统资源。
• 避免对资源的多重占用，例如一个文件操作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一资源文件的同时操作。

7.缺点

• 获取对象时不能用new
• 单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄露。
• 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，只能修改代码来实现。