单例模式的分类和应用场景

单例模式的特点:

java单例模式确保一个类只有一个实例,自行提供这个实例并向整个系统提供这个实例。
特点:
1,一个类只能有一个实例;
2,自己创建这个实例;
3,整个系统都要使用这个实例。
Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中,一个类Class只有一个实例存在。在很多操作中,比如建立目录 数据库连接都需要这样的单线程操作。一些资源管理器常常设计成单例模式。

单例模式,能避免实例重复创建;
单例模式,应用于避免存在多个实例引起程序逻辑错误的场合;
单例模式,较节约内存。

实现单例模式的思路是:
一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法(必须是静态方法,通常使用getInstance这个名 称);当我们调用这个方法时,如果类持有的引用不为空就返回这个引用,如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用;同时我们 还将该类的构造函数定义为私有方法,这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象,只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。

需要注意的地方:
单例模式在多线程的 应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时,有两个线程同时调用创建方法,那么它们同时没有检测到唯一实例的存在,从而同时各自创建了一个实例, 这样就有两个实例被构造出来,从而违反了单例模式中实例唯一的原则。 解决这个问题的办法是为单例类的静态返回方法加一个synchonized 同步锁(虽然这样会降低效率)。

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,这将导致对象状态的丢失。

适用场景:
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。

实现单利模式的原则和过程:
1.单例模式:确保一个类只有一个实例,自行实例化并向系统提供这个实例
2.单例模式分类:饿单例模式(类加载时实例化一个对象给自己的引用),懒单例模式(调用取得实例的方法如getInstance时才会实例化对象)(java中饿单例模式性能优于懒单例模式,c++中一般使用懒单例模式)、双重校验锁、静态内部类
3.单例模式要素:
a.私有构造方法
b.私有静态引用指向自己实例
c.以自己实例为返回值的公有静态方法

1.饿汉式:单例实例在类装载时就构建,急切初始化。(预先加载法)

/**
* 饿汉式(推荐)
*
*/
public class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = new Test();
        public Test getInstance() {
                return instance;
        }
}

优点
1.线程安全
2.在类加载的同时已经创建好一个静态对象,调用时反应速度快
缺点
资源效率不高,可能getInstance()永远不会执行到,但执行该类的其他静态方法或者加载了该类(class.forName),那么这个实例仍然初始化

2.懒汉式:单例实例在第一次被使用时构建,延迟初始化。

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;
        public static Test getInstance() {
                if (instance == null) {
              //多个线程判断instance都为null时,在执行new操作时多线程会出现重复情况
                        instance = new Singleton2();
                }
                return instance;
        }
}

优点:
避免了饿汉式的那种在没有用到的情况下创建事例,资源利用率高,不执行getInstance()就不会被实例,可以执行该类的其他静态方法。
缺点:
懒汉式在单个线程中没有问题,但多个线程同事访问的时候就可能同事创建多个实例,而且这多个实例不是同一个对象,虽然后面创建的实例会覆盖先创建的实例,但是还是会存在拿到不同对象的情况。解决这个问题的办法就是加锁synchonized,第一次加载时不够快,多线程使用不必要的同步开销大。

3.双重检测

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;

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

优点
资源利用率高,不执行getInstance()就不被实例,可以执行该类其他静态方法
缺点
第一次加载时反应不快,由于java内存模型一些原因偶尔失败

4.静态内部类

class Test {
        private Test() {
        }

        private static class SingletonHelp {
                static Test instance = new Test();
        }

        public static Test getInstance() {
                return SingletonHelp.instance;
        }
}

优点
资源利用率高,不执行getInstance()不被实例,可以执行该类其他静态方法
缺点
第一次加载时反应不够快

总结:
一般采用饿汉式,若对资源十分在意可以采用静态内部类,不建议采用懒汉式及双重检测

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