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:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
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:当您想控制实例数目,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、一个党只能有一个主席。
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:getInstance() 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。
一、 懒汉式单例
1 public class Singleton {
2 private Singleton() {}
3 private static Singleton single=null;
4
5 public static Singleton getInstance() {
6 if (single == null) {
7 single = new Singleton();
8 }
9
10 return single;
11 }
12 }
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Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全,如果你第一次接触单例模式,对线程安全不是很了解,可以先跳过下面这三小条,去看饿汉式单例,等看完后面再回头考虑线程安全的问题:
1、在getInstance方法上加同步
1 public static synchronized Singleton getInstance() {
2 if (single == null) {
3 single = new Singleton();
4 }
5
6 return single;
7 }
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2. 双重检查锁定
1 public static Singleton getInstance() {
2 if (singleton == null) {
3 synchronized (Singleton.class) {
4 if (singleton == null) {
5 singleton = new Singleton();
6 }
7 }
8 }
9
10 return singleton;
11 }
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3. 静态内部类
1 public class Singleton {
2 private static class LazyHolder {
3 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
4 }
5
6 private Singleton (){};
7
8 public static final Singleton getInstance() {
9 return LazyHolder.INSTANCE;
10 }
11 }
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二、饿汉式单例
1 public class Singleton1 {
2 private Singleton1() {}
3 private static final Singleton1 single = new Singleton1();
4
5 public static Singleton1 getInstance() {
6 return single;
7 }
8 }
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饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。
三、 饿汉式和懒汉式区别
从名字上来说,饿汉和懒汉,
饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,
而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。
另外从以下两点再区分以下这两种方式:
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,
懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,
而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别,
第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,
第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。
什么是线程安全?
如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。
测试代码:
1 public class Singleton {
2
3 String name = null;
4
5 private Singleton (){};
6
7 private static Singleton instance = new Singleton();
8
9 private static Singleton getInstance(){
10 return instance;
11 }
12
13 public String getName() {
14 return name;
15 }
16
17 public void setName(String name) {
18 this.name = name;
19 }
20
21 public void printName(){
22 System.out.println("Name is: " + name);
23 }
24
25 public static void main(String[] args) {
26
27 Singleton s1 = Singleton.getInstance();
28 s1.setName("abcd");
29 Singleton s2 = Singleton.getInstance();
30 s2.setName("efgh");
31
32 s1.printName();
33 s2.printName();
34
35 System.out.println(s1);
36 System.out.println(s2);
37
38 }
39
40 }
41
View Code