單例模式

目錄

1、設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介

2、什么是單例模式

3、單例模式應(yīng)用場(chǎng)合

4、單例模式作用

5、單例模式3個(gè)要點(diǎn)/要素

6、單例模式的實(shí)現(xiàn)思路

7、單利模式的實(shí)現(xiàn)原則和過(guò)程

8、單例模式有三種實(shí)現(xiàn)方式

9、怎么區(qū)分餓漢和懶漢模式？

10、單例模式需要注意的地方

11、單例模式的優(yōu)點(diǎn)

12、單例模式的缺點(diǎn)

參考資料：

https://www.imooc.com/video/1772

https://www.cnblogs.com/damsoft/p/6105122.html

單例模式實(shí)踐代碼


1、設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)模式是前輩們?cè)诙嗄觊_(kāi)發(fā)工作中經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，可以提高代碼的可重用性、可靠性和規(guī)范性，讓代碼更容易理解，而單例模式是在Java中最重要、最簡(jiǎn)單、最常用的設(shè)計(jì)模式之一。

2、什么是單例模式

定義一

確保一個(gè)類(lèi)之后一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例，這個(gè)類(lèi)稱(chēng)為單例類(lèi)，提供了全局訪(fǎng)問(wèn)的方法。單例模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式。




定義二

單例模式（Singleton），也叫單子模式，是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式。在應(yīng)用這個(gè)模式時(shí)，單例對(duì)象的類(lèi)必須保證只有一個(gè)實(shí)例存在。



3、單例模式應(yīng)用場(chǎng)合

單例模式只允許創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，因此節(jié)省內(nèi)存，加快對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)速度，因此對(duì)象需要被公用的場(chǎng)合適合使用，如多個(gè)模塊使用同一個(gè)數(shù)據(jù)源連接對(duì)象等等。如：

（1）需要頻繁實(shí)例化然后銷(xiāo)毀的對(duì)象。

（2）創(chuàng)建對(duì)象時(shí)耗時(shí)過(guò)多或者耗資源過(guò)多，但又經(jīng)常用到的對(duì)象。

（3）有狀態(tài)的工具類(lèi)對(duì)象。

（4）頻繁訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)或文件的對(duì)象。

以下都是單例模式的經(jīng)典使用場(chǎng)景：

（1）資源共享的情況下，避免由于資源操作時(shí)導(dǎo)致的性能或損耗等。如上述中的日志文件，應(yīng)用配置。

（2）控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。如線(xiàn)程池等。

應(yīng)用場(chǎng)景舉例：

1>.外部資源：每臺(tái)計(jì)算機(jī)有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)PrinterSpooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)。內(nèi)部資源：大多數(shù)軟件都有一個(gè)（或多個(gè)）屬性文件存放系統(tǒng)配置，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)對(duì)象管理這些屬性文件


2>. Windows的Task Manager（任務(wù)管理器）就是很典型的單例模式（這個(gè)很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開(kāi)兩個(gè)windows task manager嗎？ 不信你自己試試看哦~


3>. windows的RecycleBin（回收站）也是典型的單例應(yīng)用。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，回收站一直維護(hù)著僅有的一個(gè)實(shí)例。


4>. 網(wǎng)站的計(jì)數(shù)器，一般也是采用單例模式實(shí)現(xiàn)，否則難以同步。


5>. 應(yīng)用程序的日志應(yīng)用，一般都何用單例模式實(shí)現(xiàn)，這一般是由于共享的日志文件一直處于打開(kāi)狀態(tài)，因?yàn)橹荒苡幸粋€(gè)實(shí)例去操作，否則內(nèi)容不好追加。


6>. Web應(yīng)用的配置對(duì)象的讀取，一般也應(yīng)用單例模式，這個(gè)是由于配置文件是共享的資源。


7>. 數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的設(shè)計(jì)一般也是采用單例模式，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)連接是一種數(shù)據(jù)庫(kù)資源。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，主要是節(jié)省打開(kāi)或者關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接所引起的效率損耗，這種效率上的損耗還是非常昂貴的，因?yàn)楹斡脝卫Ｊ絹?lái)維護(hù)，就可以大大降低這種損耗。


8>. 多線(xiàn)程的線(xiàn)程池的設(shè)計(jì)一般也是采用單例模式，這是由于線(xiàn)程池要方便對(duì)池中的線(xiàn)程進(jìn)行控制。


9>. 操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，也是大的單例模式實(shí)現(xiàn)的具體例子，一個(gè)操作系統(tǒng)只能有一個(gè)文件系統(tǒng)。


10>. HttpApplication 也是單位例的典型應(yīng)用。熟悉ASP.Net(IIS)的整個(gè)請(qǐng)求生命周期的人應(yīng)該知道HttpApplication也是單例模式，所有的HttpModule都共享一個(gè)HttpApplication實(shí)例.

4、單例模式作用

保證整個(gè)應(yīng)用程序中某個(gè)實(shí)例有且只有一個(gè)；

5、單例模式3個(gè)要點(diǎn)/要素

1.某個(gè)類(lèi)只能有一個(gè)實(shí)例

2.它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例

3.它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例

換一種說(shuō)法：

a.私有構(gòu)造方法

b.私有靜態(tài)引用指向自己實(shí)例

c.以自己實(shí)例為返回值的公有靜態(tài)方法

6、單例模式的實(shí)現(xiàn)思路

一個(gè)類(lèi)能返回對(duì)象一個(gè)引用(永遠(yuǎn)是同一個(gè))和一個(gè)獲得該實(shí)例的方法（必須是靜態(tài)方法，通常使用getInstance這個(gè)名 稱(chēng)）；

當(dāng)我們調(diào)用這個(gè)方法時(shí)，如果類(lèi)持有的引用不為空就返回這個(gè)引用，如果類(lèi)保持的引用為空就創(chuàng)建該類(lèi)的實(shí)例并將實(shí)例的引用賦予該類(lèi)保持的引用；

同時(shí)我們還將該類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)定義為私有方法，這樣其他處的代碼就無(wú)法通過(guò)調(diào)用該類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)實(shí)例化該類(lèi)的對(duì)象，只有通過(guò)該類(lèi)提供的靜態(tài)方法來(lái)得到該類(lèi)的唯一實(shí)例。

7、單利模式的實(shí)現(xiàn)原則和過(guò)程

（1）單例模式：確保一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，自行實(shí)例化并向系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例

（2）單例模式分類(lèi)：

餓單例模式（類(lèi)加載時(shí)實(shí)例化一個(gè)對(duì)象給自己的引用）；


懶單例模式（調(diào)用取得實(shí)例的方法如getInstance時(shí)才會(huì)實(shí)例化對(duì)象）（java中餓單例模式性能優(yōu)于懶單例模式，c++中一般使用懶單例模式）

8、單例模式有三種實(shí)現(xiàn)方式

1.餓漢式單例（Eager Singleton）

在類(lèi)初始化的時(shí)候，創(chuàng)建對(duì)象，這種方式是線(xiàn)程安全的，在程序運(yùn)行期間就這一個(gè)對(duì)象。

2.懶漢式單例（Layz Singleton）

懶漢式是在第一次使用時(shí)才創(chuàng)建對(duì)象，但是如果在多線(xiàn)程環(huán)境中要考慮線(xiàn)程安全問(wèn)題。

3.Initialization on Demand Holder(IoDH) 技術(shù)（注：有的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言不支持）



懶漢模式代碼Demo

/**
 * @ClassName LazySingleton  <br>
 * @Description 懶漢模式
 **/
public class LazySingleton {
    //1.將構(gòu)造方式私有化，不允許外邊直接創(chuàng)建對(duì)象
    private LazySingleton() {
    }

    //2.聲明類(lèi)的唯一實(shí)例，使用private static修飾
    private static LazySingleton lazySingletonInstance;

    //只是聲明了類(lèi)的實(shí)例，并沒(méi)有實(shí)例化，如果外面通過(guò)getInstance()來(lái)獲取的時(shí)候，明顯該實(shí)例是空的——》咋辦呢？——》getLazySingletonInstance()
    /**
     * 3.提供一個(gè)用于獲取實(shí)例的方法，使用public static修飾
     * Description: 當(dāng)用戶(hù)獲取類(lèi)的實(shí)例時(shí)，做一個(gè)判斷，若實(shí)例為空則創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，若不為空則直接返回實(shí)例：
     */
    public static LazySingleton getLazySingletonInstance() {
        if (lazySingletonInstance == null) {
            lazySingletonInstance = new LazySingleton();
        }
        return lazySingletonInstance;
    }
}

其他代碼略，如有需要請(qǐng)至：單例模式實(shí)踐代碼

測(cè)試代碼
注：測(cè)試代碼中可以看到餓漢模式

/**
 * @ClassName SingletonTest  <br>
 * @Description 無(wú)論獲取多少次Singleton，他們實(shí)際上都是一個(gè)實(shí)例，指向同一個(gè)對(duì)象，這樣就保證了單個(gè)實(shí)例
 * 為了安全，控制訪(fǎng)問(wèn)，不允許外部直接訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)的成員變量：
 **/

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
//        ****** 餓漢模式start ******
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        //獲取2個(gè)實(shí)例后，想看看這兩個(gè)實(shí)例是否是同一個(gè)實(shí)例
        if (singleton1 == singleton2) {
            System.out.println("singleton1,singleton2是同一個(gè)實(shí)例");
        } else {
            System.out.println("singleton1,singleton2不是同一個(gè)實(shí)例");
        }
//        ****** 餓漢模式end ******

//        ****** 懶漢模式start ******
        LazySingleton lazySingleton1 = LazySingleton.getLazySingletonInstance();
        LazySingleton lazySingleton2 = LazySingleton.getLazySingletonInstance();
        if (lazySingleton1 == lazySingleton2) {
            System.out.println("lazySingleton1,lazySingleton2是同一個(gè)實(shí)例");
        } else {
            System.out.println("lazySingleton1,lazySingleton2不是同一個(gè)實(shí)例");
        }
//        ****** 懶漢模式end ******
    }
}

測(cè)試結(jié)果：

singleton1,singleton2是同一個(gè)實(shí)例
lazySingleton1,lazySingleton2是同一個(gè)實(shí)例

9、怎么區(qū)分餓漢和懶漢模式？

餓漢：餓了，饑不擇食，系統(tǒng)一運(yùn)行就創(chuàng)建對(duì)象，不考慮太多的問(wèn)題

懶漢：就是懶，就是不想創(chuàng)建對(duì)象，即使運(yùn)行創(chuàng)建對(duì)象，也要說(shuō)一大堆的問(wèn)題，什么多線(xiàn)程、安全，對(duì)象重復(fù)等問(wèn)題。總之一句話(huà)：懶，就是不想創(chuàng)建。

10、單例模式需要注意的地方

單例模式在多線(xiàn)程的應(yīng)用場(chǎng)合下必須小心使用。如果當(dāng)唯一實(shí)例尚未創(chuàng)建時(shí)，有兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)調(diào)用創(chuàng)建方法，那么它們同時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到唯一實(shí)例的存在，從而同時(shí)各自創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例， 這樣就有兩個(gè)實(shí)例被構(gòu)造出來(lái)，從而違反了單例模式中實(shí)例唯一的原則。



解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是為指示類(lèi)是否已經(jīng)實(shí)例化的變量提供一個(gè)互斥鎖(雖然這樣會(huì)降低效率)。

（1）使用時(shí)不能用反射模式創(chuàng)建單例，否則會(huì)實(shí)例化一個(gè)新的對(duì)象

（2）使用懶單例模式時(shí)注意線(xiàn)程安全問(wèn)題

（3）餓單例模式和懶單例模式構(gòu)造方法都是私有的，因而是不能被繼承的，有些單例模式可以被繼承（如登記式模式）

11、單例模式的優(yōu)點(diǎn)

(1)在單例模式中，活動(dòng)的單例只有一個(gè)實(shí)例，對(duì)單例類(lèi)的所有實(shí)例化得到的都是相同的一個(gè)實(shí)例。這樣就 防止其它對(duì)象對(duì)自己的實(shí)例化，確保所有的對(duì)象都訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)實(shí)例。


(2)單例模式具有一定的伸縮性，類(lèi)自己來(lái)控制實(shí)例化進(jìn)程，類(lèi)就在改變實(shí)例化進(jìn)程上有相應(yīng)的伸縮性。


(3)提供了對(duì)唯一實(shí)例的受控訪(fǎng)問(wèn)。


(4)由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個(gè)對(duì)象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源，當(dāng)需要頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的對(duì)象時(shí)單例模式無(wú)疑可以提高系統(tǒng)的性能。


(5)允許可變數(shù)目的實(shí)例。

(6)避免對(duì)共享資源的多重占用。

12、單例模式的缺點(diǎn)

（1）不適用于變化的對(duì)象，如果同一類(lèi)型的對(duì)象總是要在不同的用例場(chǎng)景發(fā)生變化，單例就會(huì)引起數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，不能保存彼此的狀態(tài)。

（2）由于單利模式中沒(méi)有抽象層，因此單例類(lèi)的擴(kuò)展有很大的困難。

（3）單例類(lèi)的職責(zé)過(guò)重，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。

（4）濫用單例將帶來(lái)一些負(fù)面問(wèn)題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫(kù)連接池對(duì)象設(shè)計(jì)為的單例類(lèi)，可能會(huì)導(dǎo)致共享連接池對(duì)象的程序過(guò)多而出現(xiàn)連接池溢出；如果實(shí)例化的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不被利用，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為是垃圾而被回收，這將導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的丟失。

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