單例模式(Singleton Pattern)
單例模式:單例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於創建型模式,它提供了一種創建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類,該類負責創建自己的對象,同時確保只有單個對象被創建。
這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式,可以直接訪問,不需要實例化該類的對象。
註意:
1、單例類只能有一個實例。
2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。
3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
意圖:保證一個類僅有一個實例,並提供一個訪問它的全局訪問點 |
主要解決:一個全局使用的類頻繁地創建與銷毀 |
何時使用:當您想控制實例數目,節省系統資源的時候。 |
如何解決:判斷系統是否已經有這個單例,如果有則返回,如果沒有則創建 |
關鍵代碼:構造函數是私有的 |
應用實例: 1、一個黨只能有一個主席。 2、Windows 是多進程多線程的,在操作一個文件的時候,就不可避免地出現多個進程或線程同時操作一個文件的現象, 所以所有文件的處理必須通過唯一的實例來進行。 3、一些設備管理器常常設計為單例模式,比如一個電腦有兩臺打印機,在輸出的時候就要處理不能兩臺打印機打印同一個文件。 |
優點: 1、在內存裏只有一個實例,減少了內存的開銷,尤其是頻繁的創建和銷毀實例(比如管理學院首頁頁面緩存)。 2、避免對資源的多重占用(比如寫文件操作)。 |
缺點:沒有接口,不能繼承,與單一職責原則沖突,一個類應該只關心內部邏輯,而不關心外面怎麽樣來實例化。 |
使用場景: 1、要求生產唯一序列號。 2、WEB 中的計數器,不用每次刷新都在數據庫裏加一次,用單例先緩存起來。 3、創建的一個對象需要消耗的資源過多,比如 I/O 與數據庫的連接等。 |
註意事項:getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時進入造成 instance 被多次實例化。 |
Eg: 我們將創建一個 SingleObject 類。SingleObject 類有它的私有構造函數和本身的一個靜態實例。 SingleObject 類提供了一個靜態方法,供外界獲取它的靜態實例。 SingletonPatternDemo,我們的演示類使用 SingleObject 類來獲取 SingleObject 對象
|
Eg: 步驟 1 創建一個 Singleton 類。 SingleObject.java public class SingleObject {
//創建 SingleObject 的一個對象 private static SingleObject instance = new SingleObject();
//讓構造函數為 private,這樣該類就不會被實例化 private SingleObject(){}
//獲取唯一可用的對象 public static SingleObject getInstance(){ return instance; }
public void showMessage(){ System.out.println("Hello World!"); } } 步驟 2 從 singleton 類獲取唯一的對象。 SingletonPatternDemo.java public class SingletonPatternDemo { public static void main(String[] args) {
//不合法的構造函數 //編譯時錯誤:構造函數 SingleObject() 是不可見的 //SingleObject object = new SingleObject();
//獲取唯一可用的對象 SingleObject object = SingleObject.getInstance();
//顯示消息 object.showMessage(); } } 步驟 3 驗證輸出。 Hello World! 單例模式的幾種實現方式 單例模式的實現有多種方式,如下所示: 1、懶漢式,線程不安全 是否 Lazy 初始化:是 是否多線程安全:否 實現難度:易 描述:這種方式是最基本的實現方式,這種實現最大的問題就是不支持多線程。因為沒有加鎖 synchronized,所以嚴格意義上它並不算單例模式。 代碼實例: public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } 接下來介紹的幾種實現方式都支持多線程,但是在性能上有所差異。 2、懶漢式,線程安全 是否 Lazy 初始化:是 是否多線程安全:是 實現難度:易 描述:這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。 代碼實例: public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } 3、餓漢式 是否 Lazy 初始化:否 是否多線程安全:是 實現難度:易 描述:這種方式比較常用,但容易產生垃圾對象。 代碼實例: public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } } 4、雙檢鎖/雙重校驗鎖(DCL,即 double-checked locking) JDK 版本:JDK1.5 起 是否 Lazy 初始化:是 是否多線程安全:是 實現難度:較復雜 描述:這種方式采用雙鎖機制,安全且在多線程情況下能保持高性能。 代碼實例: public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } } 5、登記式/靜態內部類 是否 Lazy 初始化:是 是否多線程安全:是 實現難度:一般 描述:這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效,但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化,應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況,雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。 代碼實例: public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } 6、枚舉 JDK 版本:JDK1.5 起 是否 Lazy 初始化:否 是否多線程安全:是 實現難度:易 描述:這種實現方式還沒有被廣泛采用,但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔,自動支持序列化機制,絕對防止多次實例化。 代碼實例: public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } } 經驗之談:一般情況下,不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式,建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時,才會使用第 5 種登記方式。如果涉及到反序列化創建對象時,可以嘗試使用第 6 種枚舉方式。如果有其他特殊的需求,可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。
|
單例模式(Singleton Pattern)