我是靠谱客的博主 淡然龙猫,这篇文章主要介绍十七、单例模式——设计模式学习笔记,现在分享给大家,希望可以做个参考。

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作为一个编程菜鸟,过去在学习设计模式的时候,老师给推荐了一本《大话设计模式》。阅读以后受益匪浅,可惜当初没有坚持看完。 最近有时间了,又重新捡起来学习了一遍,整理了一下笔记,由于本人能力有限,欢迎大家批评指正。

1.单例模式 Singleton pattern

  • 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。
  • 单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,保证了状态的一致,而不会出现多头。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个printer spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干个通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。
  • 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。此问题在此不做讨论姑且认为反射机制不存在。

2.uml类图

这里写图片描述
Singleton类,定义了一个getInstance操作,允许客户访问它的唯一实例。getInstance是一个静态方法,主要负责创建自己的唯一实例。

3.四种写法

(1)第一种写法(了解)

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package com.longinus.sp; public class Singleton1 { private Singleton1(){} public static final Singleton1 s = new Singleton1(); }

(2)懒汉式单例

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package com.longinus.sp; public class Singleton2 { private Singleton2(){} private static Singleton2 singleton2 = null; public static Singleton2 getInstance(){ if(singleton2 == null){ singleton2 = new Singleton2(); } return singleton2; } }
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Singleton通过将构造方法限定为private避免了类再外部被实例化,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。 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:
a.在getInstance方法上加同步
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package com.longinus.sp; public class Singleton2_1 { private Singleton2_1(){} private static Singleton2_1 singleton2_1 = null; public static synchronized Singleton2_1 getInstance(){ if(singleton2_1 == null){ singleton2_1 = new Singleton2_1(); } return singleton2_1; } }
b.双重检查锁定
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package com.longinus.sp; public class Singleton2_2 { private Singleton2_2(){} private static Singleton2_2 singleton2_2 = null; public static Singleton2_2 getInstance(){ if(singleton2_2 == null){ synchronized (Singleton2_2.class) { if(singleton2_2 == null){ singleton2_2 = new Singleton2_2(); } } } return singleton2_2; } }
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对于实例存在的情况,就直接返回。当实例为空并且同时有两个线程调用getInstance()方法时,它们将都可以通过第一重instance == null的判断。然后由于同步代码块,这两个线程则只有一个进入,另一个在外排队等候,必须要其中的一个进入并出来后,另一个才能进入。而此时如果没有了第二重实例是否为空的判断,则第一个线程创建了实例,而第二个线程还是可以继续再创建新的实例,这就没有达到单例的目的。
c.静态内部类
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package com.longinus.sp; public class Singleton2_3 { private static class LazyHolder{ private static final Singleton2_3 INSTANCE = new Singleton2_3(); } private Singleton2_3() {} public static final Singleton2_3 getInstance(){ return LazyHolder.INSTANCE; } }
e.三种优化方式的区别:

i.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,毕竟大多数情况下是不需要同步的。
ii.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。
iii.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,推荐使用这一种

(3)饿汉式单例

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package com.longinus.sp; public class Singleton3 { private Singleton3(){} private static final Singleton3 SINGLETON3 = new Singleton3(); public static Singleton3 getInstance(){ return SINGLETON3; } }
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饿汉式在类创建的同时就已经创建好了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。

(4)登记式单例(了解)

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package com.longinus.sp; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class Singleton4 { private static Map<String, Singleton4> map = new HashMap<>(); static{ Singleton4 singleton4 = new Singleton4(); map.put(singleton4.getClass().getName(),singleton4); } protected Singleton4(){} public static Singleton4 getInstance(String name){ if (name == null) { name = Singleton4.class.getName(); } if(map.get(name) == null){ try { map.put(name, (Singleton4) Class.forName(name).newInstance()); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } return map.get(name); } }
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登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记簿)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。 其实相当于内部实现还是采用了饿汉式单例,因为其中的static方法块中的单例在类被装载的时候就被实例化了。

4.懒汉式与饿汉式的区别

  • 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,有可能会创建多个对象。
  • 饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管以后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相对应的,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。
  • 饿汉式是空间换时间,懒汉式是时间换空间。

最后

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