设计模式-单例模式

时间：2022年9月20日

本文档摘抄自：菜鸟教程，修改部分

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

一、介绍

意图： 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。

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。

关键代码： 构造函数是私有的。

应用实例：

1、一个班级只有一个班主任。
2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

1、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）。
2、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：

1、要求生产唯一序列号。
2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项： getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

二、示例

/**  
 * @author xia17  
 * @date 2022/9/20  
 */public class SingletonTest {  
    private SingletonTest(){}  
      
    private final static SingletonTest SINGLETON_TEST = new SingletonTest();  
    public static SingletonTest getInstance(){  
        return SINGLETON_TEST;  
    }  
      
}

将构造器私有即可避免他人创建，只能使用getInstance()方法来获取实例。

三、饿汉式、懒汉式的单例模式。

3.1 饿汉式

顾名思义，该模式在类被加载时就会实例化一个对象。具体代码可看 [[#二、示例]]

该模式能简单快速的创建一个单例对象，而且是**线程安全的(只在类加载时才会初始化，以后都不会)**。但它有一个缺点，就是不管你要不要都会直接创建一个对象，会消耗一定的性能(当然很小很小，几乎可以忽略不计，所以这种模式在很多场合十分常用而且十分简单)

3.2 懒汉式

该模式只在你需要对象时才会生成单例对象(比如调用getInstance方法)

代码如下

/**  
 * @author xia17  
 * @date 2022/9/20  
 */
 public class SingletonTest {  
    private SingletonTest(){}  
  
    private static SingletonTest SINGLETON_TEST ;  
  
    public static SingletonTest getInstance(){  
        if (SINGLETON_TEST == null){  
            SINGLETON_TEST = new SingletonTest();  
        }  
        return SINGLETON_TEST;  
    }  
  
}

看上去，这段代码没什么明显问题，但它不是线程安全的。假设当前有N个线程同时调用getInstance（）方法，由于当前还没有对象生成，所以一部分同时都进入step 2,

那么就会由多个线程创建多个多个对象。

解决办法：使用synchronized关键字。经改造上面代码展示如下：

/**  
 * @author xia17  
 * @date 2022/9/20  
 */
 public class SingletonTest {  
    private SingletonTest(){}  
  
    private static SingletonTest SINGLETON_TEST ;  
  
    public synchronized static SingletonTest getInstance(){  
        if (SINGLETON_TEST == null){  
            SINGLETON_TEST = new SingletonTest();  
        }  
        return SINGLETON_TEST;  
    }  
  
}

上面这段代码还可以优化下，因为我们锁住了整个方法，但是我们只是需要锁住新建实例就可以。再次改造如下：

/**  
 * @author xia17  
 * @date 2022/9/20  
 */public class SingletonTest {  
    private SingletonTest(){}  
  
    private static SingletonTest SINGLETON_TEST ;  
  
    public static SingletonTest getInstance(){  
        if (SINGLETON_TEST == null){  
            synchronized (SingletonTest.class){  
                if (SINGLETON_TEST == null){  
                    SINGLETON_TEST = new SingletonTest();  
                }  
            }  
        }  
        return SINGLETON_TEST;  
    }  
  
}