设计模式之一文讲清楚单例模式及6种写法

目录
单例模式介绍
       单例模式的使用场景
       优点
       缺点
单例模式的6种写法
        一、饿汉式:1、在静态变量里,直接初始化实例。
        二、懒汉式:1、在静态变量里,只声明变量。2、在第一次获取实例的请求getInstance()到来时,才创建实例。
        三、synchronized懒汉式:线程安全
        四、双重校验锁+volatile:线程安全,防止指令重排序,保证在写操作没有完成之前不能调用读操作
        五、静态内部类:线程安全,在没有调用 getInstance() 方法之前,静态内部类不会进行初始化,在第一次调用该方法后就生成了唯一一个实例
        六、枚举:天生支持多线程


单例模式介绍、使用场景、优缺点:

创建型模式之单例模式

——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(方法)。

许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象,这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中,该服务器的配置信息存放在一个文件中,这些配置数据由一个单例对象统一读取,然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。 

单例模式的使用场景:

单例模式只允许创建一个对象,因此节省内存,加快对象访问速度,因此对象需要被公用的场合适合使用,如多个模块使用同一个数据源连接对象等等。如: 
    1.需要频繁实例化然后销毁的对象。 
    2.创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象。 
    3.有状态的工具类对象。 
    4.频繁访问数据库或文件的对象。 

以下都是单例模式的经典使用场景: 
    1.资源共享的情况下,避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件,应用配置。 
    2.控制资源的情况下,方便资源之间的互相通信。如线程池等。 
应用场景举例: 
    1.外部资源:每台计算机有若干个打印机,但只能有一个PrinterSpooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机。内部资源:大多数软件都有一个(或多个)属性文件存放系统配置,这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件 
    2. Windows的Task Manager(任务管理器)就是很典型的单例模式(这个很熟悉吧),想想看,是不是呢,你能打开两个windows task manager吗? 不信你自己试试看哦~ 
    3. windows的Recycle Bin(回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中,回收站一直维护着仅有的一个实例。 
    4. 网站的计数器,一般也是采用单例模式实现,否则难以同步。 
    5. 应用程序的日志应用,一般都何用单例模式实现,这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态,因为只能有一个实例去操作,否则内容不好追加。 
    6. Web应用的配置对象的读取,一般也应用单例模式,这个是由于配置文件是共享的资源。 
    7. 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式,因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池,主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗,这种效率上的损耗还是非常昂贵的,因为何用单例模式来维护,就可以大大降低这种损耗。 
    8. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式,这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。 
    9. 操作系统的文件系统,也是大的单例模式实现的具体例子,一个操作系统只能有一个文件系统。 
    10. HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式,所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例. 

优点

    1.在单例模式中,活动的单例只有一个实例,对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化,确保所有的对象都访问一个实例 
    2.单例模式具有一定的伸缩性,类自己来控制实例化进程,类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。 
    3.提供了对唯一实例的受控访问。 
    4.由于在系统内存中只存在一个对象,因此可以 节约系统资源,当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。 
    5.允许可变数目的实例。 
    6.避免对共享资源的多重占用。 

缺点

    1.不适用于变化的对象,如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化,单例就会引起数据的错误,不能保存彼此的状态。
    2.由于单利模式中没有抽象层,因此单例类的扩展有很大的困难。 
    3.单例类的职责过重,在一定程度上违背了“单一职责原则”。 
    4.滥用单例将带来一些负面问题,如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类,可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出;如果实例化的对象长时间不被利用,系统会认为是垃圾而被回收,导致对象状态的丢失。 

 

单例模式的6种写法:

一、饿汉式:1、在静态变量里,直接初始化实例。

public class Singleton {
	private Singleton(){}

	private static Singleton instance = new Singleton();

	public static Singleton getInstance(){
		return instance;
	}
}

二、懒汉式:1、在静态变量里,只声明变量。2、在第一次获取实例的请求getInstance()到来时,才创建实例。

public class Singleton {
	private Singleton(){}
	
	private static Singleton instance;
	
	public static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton();		
		}
		return instance;
	}
}

三、synchronized懒汉式:线程安全

public class Singleton {
	private Singleton(){}
	
	private static Singleton instance;
	
	public synchronized static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton();		
		}
		return instance;
	}
}

四、双重校验锁+volatile:线程安全,防止指令重排序,保证在写操作没有完成之前不能调用读操作

public class Singleton {
	private Singleton(){}
	
	private static volatile Singleton instance;
	
	public static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			synchronized(Singleton.class){
				if(instance == null){
					instance = new Singleton();		
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

五、静态内部类:线程安全,在没有调用 getInstance() 方法之前,静态内部类不会进行初始化,在第一次调用该方法后就生成了唯一一个实例

public class Singleton {
	private Singleton(){}
	
	private static class SingletonHolder {
		private static Singleton instance = new Singleton();
	}
	
	public static Singleton getInstance(){
		return SingletonHolder.instance;
	}
}

六、枚举:天生支持多线程

public enum Singleton {
	INSTANCE;
	
	public void fun(){}
	
}
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