前言

2022/9/20 17:20

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索

本文是根据袁庭新老师学习所做笔记

仅供学习交流使用，转载注明出处

单例模式

单例模式(Singleton Pattern)是Java中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意:

单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

1 介绍

意图: 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决: 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用: 当你想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决: 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码: 构造函数是私有的。
应用实例:

1 —个班级只有一个班主任。
2.Windows是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。

3.一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。
优点:

1.在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存)。

2.避免对资源的多重占用（比如写文件操作)。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
使用场景:

1.要求生产唯一序列号。

2.WEB中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。

3.创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如I/O与数据库的连接等。
注意事项: getlnstance()方法中需要使用同步锁synchronized (Singleton.class)防止多线程同时进入造成instance被多次实例化。

2 实现

我们将创建一个SingleObject类。SingleObject类有它的私有构造方法和本身的一个静态实例。

SingleObject类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo类使用SingleObject类来获取SingleObject对象。

3 单例模式实现方式

3.1 饿汉式

3.1.1 饿汉式介绍

是否Lazy初始化︰否

是否多线程安全: 是

描述:这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

优点∶没有加锁，执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化，浪费内存。

它基于classloader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，虽然导有很多种，在单例模式中大多数都是调用getInstance()方法，但是也不能确定有其他的方式方法)导致类装载，这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

3.1.2 饿汉式案例

1.创建一个项目名称为singleton_pattern的Java项目。

2.创建一个HungrySingleton类。

package com.jsss;
/**
 * 饿汉式：提前将对象准备好，加载到内存中
 */
public class HungrySingleton {
    //加载不依赖 与类的new方式操作，可以使用static修饰
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    //将当前类的构造方法私有化处理
    private HungrySingleton(){}
    //提供一个公共的访问方法来访问类中的私有成员,什么成静态方法
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }
    //编写业务逻辑
    public void showMessage(){
        System.out.println("HungrySingleton的showMessage()方法执行");
    }
}

3.从HungrySingleton类获取唯—的对象。

package com.jsss;
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.饿汉式-获取对象
        HungrySingleton HungrySingleton1 = HungrySingleton.getInstance();
        HungrySingleton1.showMessage();
    }
}

4.执行程序,输出结果。

HungrySingleton的showMessage()方法执行

3.2 懒汉式

3.2.1 懒汉式线程不安全

3.2.1.1懒汉式线程不安全介绍
是否Lazy初始化︰是

是否多线程安全:否

描述︰这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。

这种方式lazy loading很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

3.2.1.2懒汉式线程不安全案例

1.创建一个LazySingleton类。

package com.jsss;
/**
 * 懒汉式：什么时候使用对象什么时候创建对象
 */
public class LazySingleton {
    //什么对象的时候没有初始化
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){
    }
    public static LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("LazySingleton的showMessage()方法执行");
    }
}

2.从LazySingleton类获取唯一的对象。

package com.jsss;
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //...
        //2.懒汉式-获取对象
        LazySingleton lazySingleton = LazySingleton.getInstance();
        lazySingleton.showMessage();
    }
}

3.执行程序,输出结果。

LazySingleton的showMessage()方法执行

3.2.2 懒汉式线程安全

3.2.2.1懒汉式线程安全介绍

是否Lazy初始化:是

是否多线程安全:是
描述︰这种方式具备很好的lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是效率很低，99%情况下不需要同步。

优点∶第一次调用才初始化，避免内存浪费。

缺点∶必须加锁synchronized才能保证单例，但加锁会影响效率。

getInstance()的性能对应用程序不是很关键(该方法使用不太频繁)。

3.2.2.2懒汉式线程安全案例

创建一个LazySingleton类，并对类中的getInstance()使用synchronized修饰。

package com.jsss;
/**
 * 懒汉式：什么时候使用对象什么时候创建对象
 */
public class LazySingleton {
    //什么对象的时候没有初始化
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){
    }
    public static synchronized LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("LazySingleton的showMessage()方法执行");
    }
}

3.3 双检锁/双重校验锁

3.3.1双检锁/双重校验锁介绍

JDK版本:JDK1.5起
是否Lazy初始化∶是是否多线程安全:是

描述︰双检锁/双重校验锁(DCL，即double-checked locking)，这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance()的性能对应用程序很关键。

3.3.2双检锁/双重校验锁案例

volatile是一个特征修饰符(type specifier)。volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。简单地说就是防止编译器对代码进行优化。
1.创建一个DCLSingleton类。

package com.jsss;
/**
 * 双重校验锁
 */
public class DCLSingleton {
    /**
     * volatile；表示特征修饰符（type specifier），作用是一个指令关键，
     * 确保本条指令所修饰的成员不会在编译的时候被省略，且每次会直接读取它的值。
     * 防止编译器优化此代码的风险。
     */
    private volatile static DCLSingleton instance;
    private DCLSingleton(){}
    public static  DCLSingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized(DCLSingleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("DCLSingleton的showMessage()方法执行");
    }
}

2.从DCLSingleton类获取唯一的对象。

package com.jsss;
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //...
        //3.双重校验锁-获取对象
        DCLSingleton dclSingleton = DCLSingleton.getInstance();
        dclSingleton.showMessage();
    }
}

3.执行程序,输出结果。

DCLSingleton的showMessage()方法执行

3.4 登记式/静态内部类

3.4.1 登记式/静态内部类介绍

是否Lazy初始化∶是
是否多线程安全:是

描述:这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了classloader机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第3种方式不同的是︰第3种方式只要Singleton类被装载了，那么instance就会被实例化(没有达到lazy loading效果)，而这种方式是Singleton类被装载了，inpstance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用，只有通过显式调用getlnstance方法时，才会显式装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在Singleton类加载时就实例化，因为不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第3种方式就显得很合理。

3.4.2 登记式/静态内部类案例

1.创建一个RegisterSingleton类。

package com.jsss;
/**
 * 登记式/静态内部类：
 *  1.在单例类中什么一个静态内部类
 *  2.在这个静态内部类中声明单例对象，并且初始化这个对象
 */
public class RegisterSingleton {
    //1.在单例类中什么一个静态内部类
    //2.在这个静态内部类中声明单例对象，并且初始化这个对象
    private static class SingletonHolder{
        private static final RegisterSingleton INSTANCE = new RegisterSingleton();
    }
    public static final RegisterSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    private RegisterSingleton(){}
    public void showMessage(){
        System.out.println("RegisterSingleton的showMessage()方法执行");
    }
}

2.从RegisterSingleton类获取唯一的对象。

package com.jsss;
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //...
        //4.静态内部类-获取对象
        RegisterSingleton registerSingleton = RegisterSingleton.getInstance();
        registerSingleton.showMessage();
    }
}

3.执行程序,输出结果。

RegisterSingleton的showMessage()方法执行

3.5 枚举式

3.5.1 枚举式介绍

JDK版本:JDK1.5起

是否Lazy初始化:否

是否多线程安全:是
描述:这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过由于JDK1.5后才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。

不能通过reflection attack来调用私有构造方法。

3.5.2 枚举式案例

1.创建一个EnumSingleton枚举类。

package com.jsss;
/**
 * 枚举式
 */
public enum EnumSingleton {
    //枚举常量可以作为枚举内部定义的方法的访问
    //INSTANCE.showMessage()
    INSTANCE;
    /**
     * 1.枚举类型中定义的变量只能是常量
     * 2.枚举类中定义方法（和class类中结构中定义的方法完全一样）
     */
    public void showMessage(){
        System.out.println("EnumSingleton枚举类中showMessage");
    }
}

2.从EnumSingleton类获取唯一的对象。

package com.jsss;
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //...
        //5.枚举方式-获取对象
        EnumSingleton.INSTANCE.showMessage();
    }
}

3.执行程序,输出结果。

EnumSingleton枚举类中showMessage

最后

2022/9/20 20:21

p1~p2

Markdown 6972 字数 456 行数

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单例模式【Java设计模式】

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单例模式

1 介绍

2 实现

3 单例模式实现方式

3.1 饿汉式

3.1.1 饿汉式介绍

3.1.2 饿汉式案例

3.2 懒汉式

3.2.1 懒汉式线程不安全

3.2.1.1懒汉式线程不安全介绍
是否Lazy初始化︰是

3.2.1.2懒汉式线程不安全案例

3.2.2 懒汉式线程安全

3.2.2.1懒汉式线程安全介绍

3.2.2.2懒汉式线程安全案例

3.3 双检锁/双重校验锁

3.3.1双检锁/双重校验锁介绍

3.3.2双检锁/双重校验锁案例

3.4 登记式/静态内部类

3.4.1 登记式/静态内部类介绍

3.4.2 登记式/静态内部类案例

3.5 枚举式

3.5.1 枚举式介绍

3.5.2 枚举式案例

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