Java中的单例模式总结
1|0综述
本文总结了单例模式的定义,特点,使用场景以及实现思路。
但如果你是一个新手且恰好赶时间,只想快速的要找一个可以直接使用的单例模式,那么在本文介绍的几个例子中,"双重检查"的写法应该算是最常见的做法,直接crtl+f, 然后copy即可。
2|0单例模式的定义
单例模式为23种设计模式之中最简单最常用的模式,甚至可以不加上之一. 其核心思想在于确保某个类在整个应用中只有一个实例,并且通常被设计为能够自行实例化并向整个系统提供这个实例。
3|0单例模式的特点和使用场合
单例模式因其只允许创建一个对象,具有节省内存,加快对象访问速度等优势,因此适合用于对象需要被公用的场合,如:
- 需要频繁实例化然后销毁的对象。
- 创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象。
- 有状态的工具类对象。
- 需要频繁访问数据库或文件的对象。或者推广到更一般的情况,即需要频繁访问的资源管理器。
当然,上面的举例用于帮助判断是否需要使用单例模式,下面还有一些实际适用的场景以方便理解
- 外部资源:每台计算机有若干个打印机,但只能有一个PrinterSpooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机。内部资源:大多数软件都有一个(或多个)属性文件存放系统配置,这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件。
- Windows的Task Manager(任务管理器)和 RecycleBin(回收站)也是典型的单例应用。
- 网站的计数器,一般也是采用单例模式实现,否则难以同步。
- 应用程序的日志应用,一般都何用单例模式实现,这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态,因为只能有一个实例去操作,否则内容不好追加。
- Web应用的配置对象的读取,一般也应用单例模式,这个是由于配置文件是共享的资源。
- 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式,因为数据库连接是一种数据库资源。
- 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式,这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
- 操作系统的文件系统,也是大的单例模式实现的具体例子,一个操作系统只能有一个文件系统。
- HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式,所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.
4|0单例模式的实现思路
根据前述叙述可知,单例模式的核心要素分别为:
- 某个类只能有一个实例
- 它必须自行创建这个实例
- 它必须自行向整个系统提供这个实例
换句话说,实现的单例模式需要符合以下特征:
- 需要具有私有构造方法
- 私有静态引用指向自己实例
- 以自己实例为返回值的公有静态方法
继续扩展思路,实现的单例模式需要具备以下特征:
- 一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法(必须是静态方法,通常使用getInstance这个名称);
- 当我们调用这个方法时,如果类持有的引用不为空就返回这个引用,如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用;
- 同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法,这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象,只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例;
- 单例对象内的实例变量是会被多线程共享的,推荐使用无状态的对象,不会因为多个线程的交替调度而破坏自身状态导致线程安全问题,比如我们常用的VO,DTO等(局部变量是在用户栈中的,而且用户栈本身就是线程私有的内存区域,所以不存在线程安全问题);
5|0实现单例模式的八种方式:
5|1饿汉式(静态常量)【可用】
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Lazy Loading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。
5|2饿汉式(静态代码块)【可用】
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。
5|3懒汉式(线程不安全)【不可用】
这种写法起到了Lazy Loading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。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
5|4懒汉式(线程安全,同步方法)【不推荐用】
解决上面第三种实现方式的线程不安全问题,做个线程同步就可以了,于是就对getInstance()方法进行了线程同步。
缺点: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要改进。
5|5懒汉式(线程安全,同步代码块)【不可用】
由于第四种实现方式同步效率太低,所以摒弃同步方法,改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了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。
5|6双重检查【推荐使用】
Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生,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。
优点:线程安全;延迟加载;效率较高。
5|7静态内部类【推荐使用】
这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似,但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化,没有Lazy-Loading的作用,而静态内部类方式在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,延迟加载,效率高。
5|8枚举【可用】
借助JDK1.5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。但枚举方式同样有自己的问题, 首先是它不支持懒加载, 占用内存资源. 其次, 对于不熟悉枚举类型实现方式的开发者来说, 这种方式需要消耗额外的心智资源, 对良莠不齐且需要协作的开发团队不够友好.
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参考链接:https://blog.csdn.net/qq_41458550/article/details/109243456
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