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设计模式 -- 单例模式

时间：2022-11-16 18:55:32浏览次数：39  
标签：getInstance -- ins 实例 static 单例 线程 设计模式 public

介绍

采取一定的方法保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其实例对象的方法（静态方法）


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。


优点

  • 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）。
  • 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

  • 需要频繁的进行创建和销毁的对象

  • 创建对象时，耗时过多或者耗费资源过多（重量级对象），但又经常用到的对象，工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)


实现

1.饿汉式（静态常量）

步骤：

  1. 构造器私有化（防止 new 对象）
  2. 类的内部创建对象
  3. 对外暴露一个静态的公共方法，返回实例对象
  4. 代码实现
public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance01 s1 = SingleInstance01.getInstance();
        SingleInstance01 s2 = SingleInstance01.getInstance();
        if(s1 == s2){
            System.out.println("饿汉式的单例模式");
        }
    }

}


//饿汉式（静态常量）
class SingleInstance01{

    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private final static SingleInstance01 ins = new SingleInstance01();

    //2.私有构造器
    private SingleInstance01(){
    }

    //3.返回对象
    public static SingleInstance01 getInstance(){
        return ins;
    }
}

优缺点

  • 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

    这种方式基于classloder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，在单例模式中大多数都是调用getlnstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果


结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费


2.饿汉式（静态代码块）

public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance0 s0 = SingleInstance0.getInstance();
        SingleInstance0 s00 = SingleInstance0.getInstance();
        if(s0 == s00){
            System.out.println("饿汉式的单例模式 -- 静态代码块");
        }
    }

}

//饿汉式（静态代码块）
class SingleInstance0{

    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private static SingleInstance0 ins;

    static{
        ins = new SingleInstance0();
    }

    //2.私有构造器
    private SingleInstance0(){

    }

    //3.返回对象
    public static SingleInstance0 getInstance(){
        return ins;
    }

}

**优缺点**

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。


结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费


3.懒汉式（线程不安全）

使用到该对象时，才去创建该单例对象

缺点：

  • 只能在单线程中使用
  • 如果在多线程下，一个线程进入了 if(ins == null)判断语句，还没来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这个时候便会产生多个实例。
public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance02 s3 = SingleInstance02.getInstance();
        SingleInstance02 s4 = SingleInstance02.getInstance();
        if(s3 == s4){
            System.out.println("懒汉式的单例模式(线程不安全)");
        }
    }

}

//懒汉式（线程不安全）
class SingleInstance02{
    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private static SingleInstance02 ins;

    //2.私有构造器
    private SingleInstance02(){

    }

    //3.返回对象
    public static SingleInstance02 getInstance(){
        //如果ins为空，则为第一次创建
        if(ins == null){
            ins =  new SingleInstance02();
        }
        return ins;
    }
}

优缺点

  1. 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
  2. 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

结论：在实际开发中，不要使用这种方式


4.懒汉式（线程安全，同步方法）

public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance03 s5 = SingleInstance03.getInstance();
        SingleInstance03 s6 = SingleInstance03.getInstance();
        if(s5 == s6){
            System.out.println("懒汉式的单例模式(线程安全，效率低)");
        }
    }

}

//懒汉式(线程安全)
class SingleInstance03{
    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private static SingleInstance03 ins;

    //2.私有构造器
    private SingleInstance03(){
    }

    //3.返回对象
    public static synchronized SingleInstance03 getInstance(){
        //如果ins为空，则为第一次创建
        if(ins == null){
            ins =  new SingleInstance03();
        }
        return ins;
    }
}

优缺点

  • 优点：解决了线程不安全问题
  • 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

结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式


5.懒汉式（线程不安全，同步代码块）

public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance04 s1 = SingleInstance04.getInstance();
        SingleInstance04 s2 = SingleInstance04.getInstance();
        if(s1 == s2){
            System.out.println("懒汉式的单例模式(线程不安全)");
        }
    }

}

class SingleInstance04{
    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private static SingleInstance04 ins;

    //2.私有构造器
    private SingleInstance04(){
    }

    //3.返回对象
    public static SingleInstance04 getInstance(){
        //如果ins为空，则为第一次创建
        //还是线程不安全，这里可能有多个线程同时通过if(语句)
        if(ins == null){
            synchronized(SingleInstance.class){
                ins =  new SingleInstance04();
            }
        }
        return ins;
    }
}

优缺点

  1. 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块

  2. 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


结论：在实际开发中，不能使用这种方式


6.双重检查（线程安全）

public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance05 s1 = SingleInstance05.getInstance();
        SingleInstance05 s2 = SingleInstance05.getInstance();
        if(s1 == s2){
            System.out.println("双重检查，线程安全");
        }
    }

}

//双重检查
class SingleInstance05{
    //1.定义一个静态成员变量存储对象
    private static volatile SingleInstance05 ins;

    //2.私有构造器
    private SingleInstance05(){
    }

    //3.返回对象
    public static SingleInstance05 getInstance(){
        //如果ins为空，则为第一次创建
        //这里可能有多个线程同时通过if(语句)
        if(ins == null){
            //假设有多个线程执行到这个，但是只有一个线程能执行下面的代码块，其他线程需要等待
            synchronized(SingleInstance.class){
                //第一个线程执行结束之前（已经创建了实例，但是还没有返回实例），
                //第二个线程进入到代码块，会判断实例是否为空，
                //因为实例使用了volatile修饰，可以在其他线程的运行过程中看到实例的状态
                if(ins == null){
                    ins =  new SingleInstance05();
                }
            }
        }
        return ins;
    }
}

优缺点

  1. Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，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。
  2. 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，也避免的反复进行方法同步.
  3. 线程安全；延迟加载；效率较高

结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式


7.静态内部类（线程安全）

//静态内部类
class SingleInstance06{

    //1.静态内部类
    private static class SingleInstances{
        private static final SingleInstance06 ins = new SingleInstance06();
    }

    //2.私有构造器
    private SingleInstance06(){
    }

    //4.返回对象
    public static SingleInstance06 getInstance(){
        return SingleInstances.ins;
    }
}

优缺点

  1. 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

    1. 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
    2. 静态内部类方式在SingleInstance06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SingleInstances类，从而完成SingleInstance06的实例化。
    3. 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。

结论：推荐使用


8.枚举

  • 可以避免多线程同步问题
  • 可以防止反序列化重新创建新的对象
  • 推荐使用
public class SingleInstance {

    public static void main(String[] args) {
        SingleInstance07 s7 = SingleInstance07.INS;
        SingleInstance07 s8 = SingleInstance07.INS;
        if(s7 == s8){
            s7.test();
            System.out.println("枚举实现单例模式");
            s8.test();
        }
    }

}

//枚举
enum SingleInstance07{
    INS;
    public void test(){
        System.out.println("success");
    }
}

标签：getInstance,--,ins,实例,static,单例,线程,设计模式,public
From： https://www.cnblogs.com/en-xiao/p/16897125.html

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