23種設(shè)計模式之單例模式

定義:
單例模式焊唬,是一種常用的軟件設(shè)計模式。在它的核心結(jié)構(gòu)中只包含一個被稱為單例的特殊類顶瞳。通過單例模式可以保證系統(tǒng)中一個類只有一個實例玖姑。即一個類只有一個對象實例。

特點:
1慨菱、單例類只能有一個實例焰络。
  2、單例類必須自己自己創(chuàng)建自己的唯一實例符喝。
  3闪彼、單例類必須給所有其他對象提供這一實例

單例模式的要點:
1,私有的構(gòu)造方法
2,指向自己實例的私有靜態(tài)引用
3畏腕,以自己實例為返回值的靜態(tài)的公有的方法

單例模式根據(jù)實例化對象時機的不同分為兩種:
一種是餓漢式單例缴川,一種是懶漢式單例。
餓漢式單例在單例類被加載時候描馅,就實例化一個對象交給自己的引用把夸;而懶漢式在調(diào)用取得實例方法的時候才會實例化對象。
代碼如下:

餓漢式單例

public class Singleton {  
    private static Singleton singleton = new Singleton();  
    private Singleton(){}  
    public static Singleton getInstance(){  
        return singleton;  
    }  
}

懶漢式單例

public class Singleton {  
    private static Singleton singleton;  
    private Singleton(){}  

    public static synchronized Singleton getInstance(){  
        if(singleton==null){  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        return singleton;  
    }  
}  

單例模式還有一種比較常見的形式:雙重鎖的形式

public class Singleton{    
    private static volatile Singleton instance=null;    
    private Singleton(){        
    //do something
    }    
    public static  Singleton getInstance(){        
        if(instance==null){            
            synchronized(SingletonClass.class){                
                if(instance==null){
                    instance=new Singleton();
                }
            }
        }        
    return instance;
     }
}
這個模式將同步內(nèi)容下方到if內(nèi)部铭污,提高了執(zhí)行的效率恋日,不必每次獲取對象時都進行同步,只有第一次才同步嘹狞,創(chuàng)建了以后就沒必要了谚鄙。
    這種模式中雙重判斷加同步的方式,比第一個例子中的效率大大提升刁绒,因為如果單層if判斷闷营,在服務(wù)器允許的情況下,假設(shè)有一百個線程知市,耗費的時間為100*(同步判斷時間+if判斷時間)傻盟,而如果雙重if判斷,100的線程可以同時if判斷嫂丙,理論消耗的時間只有一個if判斷的時間娘赴。
    所以如果面對高并發(fā)的情況,而且采用的是懶漢模式跟啤,最好的選擇就是雙重判斷加同步的方式诽表。

單例模式的優(yōu)點:
1,在內(nèi)存中只有一個對象隅肥,節(jié)省內(nèi)存空間竿奏。
2,避免頻繁的創(chuàng)建銷毀對象腥放,可以提高性能泛啸。
3,避免對共享資源的多重占用秃症。
4候址,可以全局訪問。

單例模式的優(yōu)點:
1种柑,擴展困難岗仑,由于getInstance靜態(tài)函數(shù)沒有辦法生成子類的實例。如果要拓展聚请,只有重寫那個類荠雕。
2,隱式使用引起類結(jié)構(gòu)不清晰。
3舞虱,導(dǎo)致程序內(nèi)存泄露的問題欢际。

適用場景:
由于單例模式的以上優(yōu)點母市,所以是編程中用的比較多的一種設(shè)計模式矾兜。以下為使用單例模式的場景:
1,需要頻繁實例化然后銷毀的對象患久。
2椅寺,創(chuàng)建對象時耗時過多或者耗資源過多,但又經(jīng)常用到的對象蒋失。
3返帕,資源共享的情況下,避免由于資源操作時導(dǎo)致的性能或損耗等
4篙挽,控制資源的情況下荆萤,方便資源之間的互相通信。

單例模式注意事項:
只能使用單例類提供的方法得到單例對象铣卡,不要使用反射链韭,否則將會實例化一個新對象。
不要做斷開單例類對象與類中靜態(tài)引用的危險操作煮落。
多線程使用單例使用共享資源時敞峭,注意線程安全問題。

關(guān)于Java中單例模式的一些常見問題:

單例模式的對象長時間不用會被jvm垃圾收集器收集嗎
除非人為地斷開單例中靜態(tài)引用到單例對象的聯(lián)接蝉仇,否則jvm垃圾收集器是不會回收單例對象的旋讹。
jvm卸載類的判定條件如下:
1. 該類所有的實例都已經(jīng)被回收,也就是java堆中不存在該類的任何實例轿衔。
2. 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收沉迹。
3. 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有任何地方被引用,無法在任何地方通過反射訪問該類的方法害驹。
只有三個條件都滿足胚股,jvm才會在垃圾收集的時候卸載類。顯然裙秋,單例的類不滿足條件一琅拌,因此單例類也不會被回收。

在一個jvm中會出現(xiàn)多個單例嗎
在分布式系統(tǒng)摘刑、多個類加載器进宝、以及序列化的的情況下,會產(chǎn)生多個單例枷恕,這一點是無庸置疑的党晋。那么在同一個jvm中,會不會產(chǎn)生單例呢?使用單例提供的getInstance()方法只能得到同一個單例未玻,除非是使用反射方式灾而,將會得到新的單例。
代碼如下:

Class c = Class.forName(Singleton.class.getName());  
Constructor ct = c.getDeclaredConstructor();  
ct.setAccessible(true);  
Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();

這樣扳剿,每次運行都會產(chǎn)生新的單例對象旁趟。所以運用單例模式時,一定注意不要使用反射產(chǎn)生新的單例對象庇绽。

在getInstance()方法上同步有優(yōu)勢還是僅同步必要的塊更優(yōu)優(yōu)勢尊惰?
因為鎖定僅僅在創(chuàng)建實例時才有意義获印,然后其他時候?qū)嵗齼H僅是只讀訪問的,因此只同步必要的塊的性能更優(yōu),并且是更好的選擇秀仲。
缺點:只有在第一次調(diào)用的時候角寸,才會出現(xiàn)生成2個對象叹誉,才必須要求同步糖埋。而一旦singleton 不為null,系統(tǒng)依舊花費同步鎖開銷哼转,有點得不償失明未。

單例類可以被繼承嗎
根據(jù)單例實例構(gòu)造的時機和方式不同,單例模式還可以分成幾種释簿。但對于這種通過私有化構(gòu)造函數(shù)亚隅,靜態(tài)方法提供實例的單例類而言,是不支持繼承的庶溶。
這種模式的單例實現(xiàn)要求每個具體的單例類自身來維護單例實例和限制多個實例的生成煮纵。但可以采用另外一種實現(xiàn)單例的思路:登記式單例,來使得單例對繼承開放偏螺。

摘自公眾號:java知音

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