單例模式(Singleton Pattern)是最簡單的一種設(shè)計模式。下面讓我們開始學習單例模式。

一、基本介紹

單例模式模式確保一個類只有一個實例,并且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供該實例。
單例模式的主要作用是確保一個類只有一個實例的存在钱烟。單例模式可以用在建立目錄,數(shù)據(jù)庫連接等需要單線程操作的場合,用于實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的控制。

java中的單例模式一般有兩種表現(xiàn)形式:

1. 餓漢模式: 類加載時,就進行對象實例化
2. 懶漢模式: 第一次引用類時,才進行對象實例化

二嫡丙、餓漢模式

下面介紹餓漢模式的創(chuàng)建步驟

1 . 創(chuàng)建私有靜態(tài)成員變量并實例化

2 . 將構(gòu)造函數(shù)私有化,使外界無法直接實例化

3 . 提供公開方法返回創(chuàng)建的實例化對象

下面是創(chuàng)建餓漢模式的代碼

public class Singleton {
  //1.創(chuàng)建私有靜態(tài)成員變量并實例化
  private static Singleton mSingleton = new Singleton();
  //2.將構(gòu)造函數(shù)私有化,使外界無法直接實例化
  private Singleton(){}
  //3.提供公開方法返回創(chuàng)建的實例化對象
  public static Singleton getInstance() {
  return mSingleton;
}

使用的時候代碼如下:

//獲得唯一的實例
Singleton singleton = Singleton.getInstance();

注意:由于我們的構(gòu)造方法是私有化的,所以外界不能調(diào)用它,所以單例模式的類是不能被繼承的拴袭。

三、懶漢模式

下面介紹懶漢模式的創(chuàng)建步驟

1 . 聲明私有的靜態(tài)成員變量

2 . 將構(gòu)造函數(shù)實例化,使外界無法直接實例化

3 . 提供公開的方法,判斷如果實例為null則創(chuàng)建實例并返回,不為空則直接返回實例

4 . 給方法添加synchronized關(guān)鍵字,保證其在多線程環(huán)境下也只創(chuàng)建一個實例

下面是創(chuàng)建懶漢模式的額代碼

public class Singleton2 {
    //1.聲明私有的靜態(tài)成員變量
    private static Singleton2 mSingleton2 = null;
    //2.將構(gòu)造函數(shù)實例化,使外界無法直接實例化
    private Singleton2() {}
    //3.提供公開的方法,判斷如果實例為null則創(chuàng)建實例并返回,不為空則直接返回實例
    //4.給方法添加synchronized關(guān)鍵字,保證其在多線程環(huán)境下也只創(chuàng)建一個實例
    synchronized public static Singleton2 getInstance() {
        if(mSingleton2 == null){
            mSingleton2 = new Singleton2();
        }
        return mSingleton2;
    }
}

使用的時候代碼如下

Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance();

注意:懶漢模式中需要使用synchronized關(guān)鍵字對靜態(tài)方法進行同步,保證其在多線程環(huán)境中只創(chuàng)建一個實例曙博。加入我們沒有對該方法進行同步,如果線程A和線程B同時調(diào)用該方法,那么它們都會判斷得到mSingleton2為空,那么線程A和B就會各自創(chuàng)建一個對象,那么在線程中就會存在兩個對象,這就違背了單例模式的定義,所以必須使用synchronized關(guān)鍵字對線程進行同步拥刻。

四罪郊、餓漢模式和懶漢模式的對比

下面通過一張表格來對比兩種實現(xiàn)方式

五好乐、單例模式的優(yōu)缺點

1 . 單例模式的優(yōu)點:

• 由于單例模式的內(nèi)存中只有一個實例,減少了內(nèi)存的開支,特別是一個對象需要頻繁地創(chuàng)建巾陕、銷毀,并且創(chuàng)建和銷毀的性能又無法優(yōu)化時,單例模式就非常有優(yōu)勢

• 由于單例模式只生成一個實例,所以減少了系統(tǒng)的性能開銷,當一個對象的產(chǎn)生需要比較多的資源時,如讀取配置,產(chǎn)生其他依賴對象時,可以通過在啟用時直接產(chǎn)生一個單例對象,然后永久駐留內(nèi)存的方式來解決

• 單例模式可以避免對資源的多重占用亿蒸。例如對于一個寫文件的操作,由于只有一個實例存在于內(nèi)存中,避免了對同一個資源文件的同時操作

• 單例模式可以在系統(tǒng)設(shè)置全局的訪問點,優(yōu)化和共享資源訪問,比如可以設(shè)計一個單例類負責所有數(shù)據(jù)表的映射處理

2 . 單例模式的缺點:

• 單例模式無法創(chuàng)建子類,擴展困難,要想擴展就得修改代碼

• 單例模式對測試不利,在并行開發(fā)中,如果單例模式的類沒有完成,就沒法進行測試

• 單例模式與單一職責原則有沖突。單例模式把要單例和業(yè)務(wù)邏輯融合在了一起

六忘古、單例模式的典型使用場景

1 . 要求生成唯一序列號的環(huán)境

2 . 在一個項目中需要共享訪問點或共享數(shù)據(jù)。比如一個Web頁面上的訪問次數(shù)計數(shù)器可以不用在每次頁面被別人訪問時就去更新數(shù)據(jù)庫的值,可以用一個單例模式來記錄頁面的訪問次數(shù),并確保單例模式的線程安全

3 . 創(chuàng)建一個對象需要消耗很多資源。比如訪問IO或數(shù)據(jù)庫

4 . 需要定義大量的靜態(tài)常量和靜態(tài)方法的環(huán)境,可以使用單例模式(當然也可以直接將常量和方法聲明為靜態(tài)的)

七睬捶、單例模式的使用注意事項

根據(jù)功能單例類又可以分為有狀態(tài)的單例類和無狀態(tài)的單例類

1 . 有狀態(tài)的單例類的單例類的對象是可變的,通常被當做狀態(tài)庫使用,比如給系統(tǒng)提供一個唯一的序列號,每次提供的序列號是變化的,但序列號是全局唯一的。

2 . 無狀態(tài)的單例類是不變的,通常用來提供工具性的功能方法,比如IO或數(shù)據(jù)庫訪問

單例模式使用時必須注意以下三點:
1 . 單例類僅僅局限于一個JVM,因此當處于有多個JVM的分布式系統(tǒng)時,這個單例類就會在多個JVM中被實例化,就會出現(xiàn)多個對象近刘。如果是無狀態(tài)的單例類,比如數(shù)據(jù)庫訪問,是沒有問題的,而如果是有狀態(tài)的單例類,比如一個用來產(chǎn)生唯一序列號的單例類,這種多個JVM的情況就會造成產(chǎn)生的序列號可能不唯一,因此在任何使用EJB擒贸、RMI和JINI技術(shù)的分布式系統(tǒng)中應(yīng)該避免使用有狀態(tài)的單例類。

2 . 當一個JVM有多個類加載器時,多個類加載器會同時加載同一個實例,此時就會產(chǎn)生多個實例,此時應(yīng)該避免使用有狀態(tài)的單例類

3 . 注意序列化和克隆對實例唯一性的影響,如果一個單例類實現(xiàn)了Serializable或Cloneable接口,則有可能被反序列化或克隆出一個實例來,也會破壞單例模式的定義

八觉渴、單例模式使用舉例

上面說了這么多理論性的東西,下面我們將通過一個單例模式記錄訪問次數(shù)的例子來展示單例模式的應(yīng)用介劫。

先創(chuàng)建一個單例類

/**
 * 使用餓漢模式創(chuàng)建一個單例類
 * 使用synchronized對方法進行線程同步
 */
public class GlobalNum {
    private static GlobalNum globalNum = new GlobalNum();
    private int num = 0;
    public static GlobalNum getInstance() {
        return globalNum;
    }

    public synchronized int getNum() {
        return ++num;
    }
}

然后我們使用兩個線程去模擬訪問次數(shù)的增加

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建線程A
        NumThread numThreadA = new NumThread("線程A");
        //創(chuàng)建線程B
        NumThread numThreadB = new NumThread("線程B");
        //啟動線程
        numThreadA.start();
        numThreadB.start();
    }
}

class NumThread extends Thread{
    private String threadName;

    public NumThread(String threadName) {
        this.threadName = threadName;
    }

    @Override
    public void run() {
        GlobalNum globalNum = GlobalNum.getInstance();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(threadName + "第" + globalNum.getNum() + "次訪問");

            try {
                //線程休眠1秒
                this.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

運行結(jié)果如下:

線程A第1次訪問
線程B第2次訪問
線程A第3次訪問
線程B第4次訪問
線程B第6次訪問
線程A第5次訪問
線程B第7次訪問
線程A第8次訪問
線程A第9次訪問
線程B第10次訪問

可以看出它保證了兩個線程使用的對象是同一個對象,從而來記錄訪問的次數(shù)

九、后記

以上就是關(guān)于單例模式的介紹,希望可以幫助到需要的人案淋。