Java常用设计模式-单例模式
Java Design Patterns：
创建型模式：工厂方法、抽象方法、建造者、原型、单例
结构型模式有：适配器、桥接、组合、装饰器、外观、享元、代理
行为型模式有：责任链、命令、解释器、迭代器、中介、备忘录、观察者、状态、策略、模板方法、访问者
常用设计模式：
单例模式、工厂模式、代理模式、策略模式&模板模式、门面模式、责任链模式、装饰器模式、组合模式、builder模式
单例模式
简介
确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点
懒汉式：
/**
* 单例设计模式：确保一个类只有一个对象实例，并提供一个全局访问点
* 懒汉式：
* 是否 Lazy 初始化：是
* 是否多线程安全：否
*/
public class Signleton {
private static Signleton signleton;
private Signleton(){}
//可以通过synchronized关键字保证线程安全
public static Signleton getSignleton(){
if(signleton == null){
signleton = new Signleton();
}
return signleton;
}
}
饿汉式：
/**
* 单例设计模式：确保一个类只有一个对象实例，并提供一个全局访问点
* 饿汉式：
* 是否 Lazy 初始化：否
* 是否多线程安全：是
*/
class Signleton1{
private static Signleton1 signleton1 = new Signleton1();
private Signleton1(){}
public static Signleton1 getSignleton1(){
return signleton1;
}
}
懒汉式：解决反射、序列化反序列化问题
/**
* 单例设计模式：确保一个类只有一个对象实例，并提供一个全局访问点
* 懒汉式：
* 是否 Lazy 初始化：是
* 是否多线程安全：否
*/
public class Signleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static Signleton signleton;
private Signleton() {
// 防止反射
if (signleton != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
// 可以通过synchronized关键字保证线程安全
public static Signleton getSignleton() {
if (signleton == null) {
signleton = new Signleton();
}
return signleton;
}
/*
序列化：当一个对象被序列化时，Java 将该对象的状态写入一个字节流。
反序列化：当字节流被反序列化时，Java 将创建一个新的对象实例，并将字节流中的数据填充到这个新实例中。
readResolve 方法：在对象被反序列化之后，Java 会调用这个方法。如果该方法存在，返回的对象将代替默认反序列化过程中创建的新对象。
*/
private Object readResolve() {
return signleton;
}
}
/**
* 反射测试
*/
@Test
public void test(){
//获取单例
Signleton signleton = Signleton.getSignleton();
Signleton signleton1 = Signleton.getSignleton();
System.out.println(signleton.hashCode());
System.out.println(signleton1.hashCode());
//通过反射破坏单例
try {
Class<?> aClass = Class.forName("design.patterns.Signleton");
Constructor<?> declaredConstructor = aClass.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
Signleton signleton2 = (Signleton) declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(signleton2.hashCode());
} catch (ClassNotFoundException | NoSuchMethodException | InstantiationException | IllegalAccessException |
InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 序列化测试
*/
@Test
public void test1(){
//获取单例
Signleton signleton = Signleton.getSignleton();
Signleton signleton1 = Signleton.getSignleton();
System.out.println(signleton.hashCode());
System.out.println(signleton1.hashCode());
//序列化反序列化获取对象
try {
ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:/signleton.ser"));
outputStream.writeObject(signleton1);
ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:/signleton.ser"));
Signleton signleton2 = (Signleton) inputStream.readObject();
System.out.println(signleton2.hashCode());
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
// throw new RuntimeException(e);
e.printStackTrace();
}
}
懒汉式DCL（推荐）：双重检查锁定（Double-Checked Locking）是用于减少同步开销，同时保证线程安全的一种优化方法。其核心思想是：在访问共享资源时，先进行一次非同步的检查，如果未初始化，再进入同步块进行第二次检查和初始化。这样可以避免每次调用获取实例方法时都需要进行同步，从而提升性能。
这里也确保序列化安全。
/**
* 单例设计模式：确保一个类只有一个对象实例，并提供一个全局访问点
* 懒汉式：
* 是否 Lazy 初始化：是
* 是否多线程安全：否
*/
public class Signleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static volatile Signleton signleton;
private Signleton() {}
public static Signleton getSignleton() {
if (signleton == null) {
synchronized(Signleton.class){
if(signleton == null){
signleton = new Signleton();
}
}
}
return signleton;
}
/*
序列化：当一个对象被序列化时，Java 将该对象的状态写入一个字节流。
反序列化：当字节流被反序列化时，Java 将创建一个新的对象实例，并将字节流中的数据填充到这个新实例中。
readResolve 方法：在对象被反序列化之后，Java 会调用这个方法。如果该方法存在，返回的对象将代替默认反序列化过程中创建的新对象。
*/
private Object readResolve() {
return signleton;
}
}
场景
资源共享：避免频繁的创建销毁某个对象，造成存好。比如：日志文件。
控制资源：避免过多的对象产生，造成其他问题。比如网站的计数器。
应用场景：
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日志管理器：避免频繁创建和销毁日志对象，确保日志文件只被一个实例操作，以便内容可以正确追加。
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网站计数器：全局唯一实例用于统计网站访问次数，避免并发更新问题。
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Windows 回收站：整个系统运行过程中，回收站一直维护着唯一的一个实例。
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多线程的线程池：线程池需要方便控制池中的线程，单例模式确保线程池全局唯一。
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/** * 单例线程池 -- 应用场景 */ public class ThreadPool1 { private static ThreadPool1 threadPool; // 定义接口 private ExecutorService executorService; private ThreadPool1() { executorService = new ThreadPoolExecutor( 5, // 核心线程数 10, // 总线程数 60, TimeUnit.MILLISECONDS, // 存活时间和单位 new LinkedBlockingDeque<Runnable>(), // 用于保存等待执行的任务的队列 new ThreadFactory() { // 用于创建新线程的工厂 // 定义原子操作的 int 类型。它可以在多线程环境下安全地进行自增、自减等操作而不需要同步 private AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1); @Override public Thread newThread(Runnable r) { Thread thread = new Thread(r, "CustomThreadPool-thread-" + threadNumber.getAndIncrement()); // thread.setDaemon(true); // 设置为守护线程 thread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); return thread; } }, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒绝策略，当任务队列满了且无法再接受任务时的处理策略 ); } public static synchronized ThreadPool1 getThreadPool() { if (threadPool == null) { threadPool = new ThreadPool1(); } return threadPool; } public void submitTask(Runnable runnable) { executorService.submit(runnable); } public void shutdown() { executorService.shutdown(); } } /** * 单例线程池测试 */ @Test public void test2(){ Runnable runnable = () -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " task is run"); }; // ThreadPool1.getThreadPool().submitTask(runnable); ThreadPool1 threadPool = ThreadPool1.getThreadPool(); threadPool.submitTask(runnable); System.out.println(threadPool.hashCode()); ThreadPool1 threadPool1 = ThreadPool1.getThreadPool(); threadPool1.submitTask(runnable); System.out.println(threadPool1.hashCode()); } //输出： 158199555 158199555 CustomThreadPool-thread-2 task is run CustomThreadPool-thread-1 task is run
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SpringBoot中的大多数容器管理的Bean都是单例的，这些bean是应用程序级别的单例，也就是说不同用户共享同一个实例。比如@RestController、@Service、@Compoment、@Configuration注解修饰的类，默认都是单例。
优点
控制资源的使用：
- 实例控制：确保一个类只有一个实例，避免了多个实例导致的资源浪费。例如，在数据库连接池或线程池的设计中，单例模式确保只创建一个连接池或线程池实例，从而控制资源的使用。
- 节省资源：减少了系统的开销，避免了重复创建和销毁对象的高昂成本。
全局访问点：
- 统一管理：通过提供一个全局访问点，可以方便地管理和访问实例。比如，在日志记录系统中，通过单例模式可以确保所有日志记录都通过同一个实例进行处理，从而统一日志的输出格式和内容。
- 一致性：所有对该实例的操作都通过统一的接口进行，确保了数据的一致性和完整性。
易于扩展：
- 延迟实例化：懒汉式单例模式在首次使用时才创建实例，避免了不必要的资源浪费。这种延迟加载的特性也便于在系统启动时减少初始化时间。
缺点
潜在的资源争用：
- 资源竞争：如果单例类内部使用了共享资源，而这些资源在高并发场景下没有妥善处理，可能导致资源竞争问题。例如，某个单例实例持有数据库连接对象，在高并发请求下可能导致连接池枯竭。
单点故障：
- 故障影响范围大：如果单例实例出现问题，整个系统的相关功能可能会受到影响。例如，日志记录系统的单例实例出现异常，可能导致整个系统无法正常记录日志。
难以测试：
- 测试复杂性：由于单例模式在整个应用程序中只有一个实例，单元测试时可能会导致测试的隔离性和独立性变差。例如，一个单例类的状态在多个测试方法之间共享，可能导致测试结果互相影响。
隐藏依赖关系：
- 依赖性不明确：单例模式通过全局访问点访问实例，可能会导致类与类之间的依赖关系变得不清晰。例如，一个类可能隐式依赖于某个单例类的状态，增加了系统的复杂性和维护成本。