单例模式

什么是单例模式

保证在一个Jvm中，只能存在一个实例，保证对象的唯一性。保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该全局访问点。

单例模式的应用场景

Spring框架(默认是单例的)、Servlet、Struts2、SpringMvc、连接池、线程池、枚举、常量。

1. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？不信你自己试试看哦~

2. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。

3. 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。

4. 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。

5. 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。

6. 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。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。

7. 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。

8. 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。

9. 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.

单例优缺点

优点：

1.在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例

2.单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。

3.提供了对唯一实例的受控访问。

4.由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，当需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。

5.允许可变数目的实例。

6.避免对共享资源的多重占用。

缺点：

1.不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。

2.由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

3.单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

4.滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

单例创建方式

饿汉式：类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高。
懒汉式：类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
静态内部类方式：结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。
枚举方式：使用枚举实现单例模式优点:实现简单、调用效率高，枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障(单例)! 避免通过反射和反序列化的漏洞，缺点没有延迟加载。
双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因，可能会初始化多次，不推荐使用)

单例模式创建的方法

饿汉式创建单例模式

package com.example.demo.singleton;

import org.apache.catalina.User;

/**
 * 饿汉式
 * 类初始化的时候就会创建对象，天生线程安全的 调用效率比较高
 * 如果存在不使用对象的时候，会浪费内存
 */
public class UserInfo {

    /**
     * 1.构造函数私有化
     */
    private UserInfo() {
    }

    /**
     * userInfo 对象存在于永久区
     * 垃圾回收机制不会回收
     */
    private static final UserInfo userInfo = new UserInfo();

    /**
     *  为什么不会产生线程安全问题
     *    因为userInfo 对象加了 static 和 final 关键字  static 共享、final 不可改变
     */
    public static UserInfo getInstance() {
        return userInfo;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserInfo userInfo = getInstance();
        UserInfo userInfo1 = getInstance();

        System.out.println(userInfo == userInfo1);
    }
}

懒汉式创建单例模式

package com.example.demo.singleton;

/**
 * 懒汉式 创建单例模式
 * 类加载的时候不会创建对象、真正需要的时候才会(加载)创建、天生线程不安全、需要解决线程安全问题、效率较低
 */
public class UserInfo02 {

    /**
     * 类加载的时候不会创建对象
     */
    private static UserInfo02 userInfo02;

    /**
     * 构造函数私有化
     */
    private UserInfo02() {
    }


    /**
     * 存在线程安全性问题  多个线程同时访问 UserInfo02 对象时，可能会创建多个对象。
     * 解决方法：添加 synchronized 关键字，保证线程安全问题。但是效率降低了，因为 synchronized 阻塞的 只能保证一个对象访问。
     */
    public synchronized static UserInfo02 getInstance() {
        if (userInfo02 == null) {
            userInfo02 = new UserInfo02();
        }
        return userInfo02;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserInfo02 instance = getInstance();
        UserInfo02 instance1 = getInstance();

        System.out.println(instance == instance1);
    }
}

枚举的用法

package com.example.demo.singleton;

/**
 * 枚举
 *   本身也是单例的
 */
public enum HttpEnum {

    /**
     * 成功响应码
     */
    HTTP_200(200,"请求成功!"),

    /**
     *  错误响应吗
     */
    HTTP_500(500,"请求失败!");

    private Integer code;
    private String msg;

    HttpEnum(Integer code, String msg) {
        System.out.println("初始化HttpEnum...");
        this.code=code;
        this.msg=msg;
    }

    public Integer getCode() {
        return code;
    }

    public void setCode(Integer code) {
        this.code = code;
    }

    public String getMsg() {
        return msg;
    }

    public void setMsg(String msg) {
        this.msg = msg;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 一个 HttpEnum.HTTP_200 只会初始化一次
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_200.getCode());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_200.getCode());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_200.getMsg());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_200.getMsg());
        // 一个 HttpEnum.HTTP_500 也会初始化一次
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_500.getCode());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_500.getCode());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_500.getMsg());
        System.out.println(HttpEnum.HTTP_500.getMsg());
    }
}

使用枚举方式创建单例模式

package com.example.demo.singleton;


/**
 * 使用 枚举 创建单例模式
 */
public class UserInfo03 {
    /**
     * 私有构造函数
     */
    private UserInfo03() {
    }

    public static UserInfo03 getInstance() {
        return SingletonsEnum.INSTANCEOF.getInstance();
    }


    /**
     * 枚举本身就是单例的
     */
    static enum SingletonsEnum {
        INSTANCEOF;
        private UserInfo03 userInfo03;

        private SingletonsEnum() {
            userInfo03 = new UserInfo03();
        }

        public UserInfo03 getInstance() {
            return userInfo03;
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        UserInfo03 instance = UserInfo03.getInstance();
        UserInfo03 instance1 = UserInfo03.getInstance();

        System.out.println(instance == instance1);

    }
}

双重检验锁模式

package com.example.demo.singleton;

/**
 * 双重检验锁方式实现单例方式
 */
public class UserInfo04 {
    /**
     * 类加载的时候不会创建对象
     */
    private static UserInfo04 userInfo04;

    /**
     * 构造函数私有化
     */
    private UserInfo04() {
    }


    /**
     * 线程安全 效率低
     */
    public  static UserInfo04 getInstance() {
        if (userInfo04 == null) {
            synchronized (UserInfo04.class) {
                if (userInfo04 == null) {
                    // 可能会产生重排序问题
                    userInfo04 = new UserInfo04();
                }
            }
        }
        return userInfo04;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserInfo04 instance = getInstance();
        UserInfo04 instance1 = getInstance();

        System.out.println(instance == instance1);
    }
}

使用静态内部类方式

package com.example.demo.singleton;

/**
 * 使用静态内部类方式实现单例
 */
public class UserInfo05 {

    /**
     * 空的构造方法
     */
    private UserInfo05() {
        System.out.println("类初始化...");
    }


    /**
     * 内部类在什么时候会初始化：需要外部类调用内部类才会初始化的
     */
    public static class SingletonClassInstance {
        public static final UserInfo05 userInfo = new UserInfo05();
    }

    public static UserInfo05 getInstances() {
        return SingletonClassInstance.userInfo;
    }

    public static void main(String[] args) {
        UserInfo05 instances = getInstances();
        UserInfo05 instances1 = getInstances();

        System.out.println(instances == instances1);
    }
}

懒汉式和饿汉式的优缺点

饿汉式

优点：天生线程安全、执行效率高。

缺点：如果我不使用该对象，比较占内存，没有延迟加载。

懒汉式

优点：占内存小、具有延迟加载功能。

缺点：线程不安全、加载后执行效率低、会进行阻塞、等待。

静态内部类结合懒汉式和饿汉式优点具有延迟加载、天生线程安全、真正需要时才会创建。

如何选择单例创建方式

如果不需要延迟加载单例，可以使用枚举或者饿汉式，相对来说枚举性能好于饿汉式。

如果需要延迟加载，可以使用静态内部类或者懒汉式，相对来说静态内部类好于懒汉式。

推荐使用饿汉式

posted @ 2019-05-07 01:08 明天,你好啊阅读(206) 评论(0) 编辑收藏举报

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