創建型模式————單例模式


這個模式應該是大家使用的最多的模式了,也是了解最多的模式吧。這里我來說下我對這個模式的理解吧

1由來

        對於系統中的某些類來說,只有一個實例很重要,例如,有很多首歌要播放,如果同時開兩個播放器,會導致兩首歌同時播放,造成音樂變噪音了這個時候就只能有一個播放器了。

        那 如何保證一個類只有一個實例並且這個實例易於被訪問呢?定義一個全局變量可以確保對象隨時都可以被訪問,但不能防止我們實例化多個對象。一個更好的解決辦法是讓類自身負責保存它的唯一實例。這個類可以保證沒有其他實例被創建,並且它可以提供一個訪問該實例的方法。

2定義

單例模式確保某一個類只有一個實例,而且自行實例化向整個系統提供這個實例,這個類稱為單例類,它提供全局訪問的方法。

3代碼的實現

1、餓漢式(靜態常量)[可用]

public class Singleton {

private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

private Singleton(){}

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

優點:這種寫法比較簡單,就是在類裝載的時候就完成實例化。避免了線程同步問題。

缺點:在類裝載的時候就完成實例化,沒有達到Lazy Loading的效果。如果從始至終從未使用過這個實例,則會造成內存的浪費。

2、餓漢式(靜態代碼塊)[可用]

public class Singleton {

private static Singleton instance;

static {
instance = new Singleton();
}

private Singleton() {}

public Singleton getInstance() {
return instance;
}
}

這種方式和上面的方式其實類似,只不過將類實例化的過程放在了靜態代碼塊中,也是在類裝載的時候,就執行靜態代碼塊中的代碼,初始化類的實例。優缺點和上面是一樣的。

3、懶漢式(線程不安全)[不可用]

public class Singleton {

private static Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

這種寫法起到了Lazy Loading的效果,但是只能在單線程下使用。如果在多線程下,一個線程進入了if (singleton == null)判斷語句塊,還未來得及往下執行,另一個線程也通過了這個判斷語句,這時便會產生多個實例。所以在多線程環境下不可使用這種方式。

4、懶漢式(線程安全,同步方法)[不推薦用]

public class Singleton {

private static Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

解決上面第三種實現方式的線程不安全問題,做個線程同步就可以了,於是就對getInstance()方法進行了線程同步。

缺點:效率太低了,每個線程在想獲得類的實例時候,執行getInstance()方法都要進行同步。而其實這個方法只執行一次實例化代碼就夠了,后面的想獲得該類實例,直接return就行了。方法進行同步效率太低要改進。

5、懶漢式(線程安全,同步代碼塊)[不可用]

public class Singleton {

private static Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

由於第四種實現方式同步效率太低,所以摒棄同步方法,改為同步產生實例化的的代碼塊。但是這種同步並不能起到線程同步的作用。跟第3種實現方式遇到的情形一致,假如一個線程進入了if (singleton == null)判斷語句塊,還未來得及往下執行,另一個線程也通過了這個判斷語句,這時便會產生多個實例。

6、雙重檢查[推薦用]

public class Singleton {

private static volatile Singleton singleton;

private Singleton() {}

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

Double-Check概念對於多線程開發者來說不會陌生,如代碼中所示,我們進行了兩次if (singleton == null)檢查,這樣就可以保證線程安全了。這樣,實例化代碼只用執行一次,后面再次訪問時,判斷if (singleton == null),直接return實例化對象。

優點:線程安全;延遲加載;效率較高。

7、靜態內部類[推薦用]

public class Singleton {

private Singleton() {}

private static class SingletonInstance {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}

這種方式跟餓漢式方式采用的機制類似,但又有不同。兩者都是采用了類裝載的機制來保證初始化實例時只有一個線程。不同的地方在餓漢式方式是只要Singleton類被裝載就會實例化,沒有Lazy-Loading的作用,而靜態內部類方式在Singleton類被裝載時並不會立即實例化,而是在需要實例化時,調用getInstance方法,才會裝載SingletonInstance類,從而完成Singleton的實例化。

類的靜態屬性只會在第一次加載類的時候初始化,所以在這里,JVM幫助我們保證了線程的安全性,在類進行初始化時,別的線程是無法進入的。

優點:避免了線程不安全,延遲加載,效率高。

8、枚舉[推薦用]

public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {

}
}

借助JDK1.5中添加的枚舉來實現單例模式。不僅能避免多線程同步問題,而且還能防止反序列化重新創建新的對象。可能是因為枚舉在JDK1.5中才添加,所以在實際項目開發中,很少見人這么寫過。

優點:系統內存中該類只存在一個對象,節省了系統資源,對於一些需要頻繁創建銷毀的對象,使用單例模式可以提高系統性能。

缺點:當想實例化一個單例類的時候,必須要記住使用相應的獲取對象的方法,而不是使用new,可能會給其他開發人員造成困擾,特別是看不到源碼的時候。


4模式的優點

  • 提供了對唯一實例的受控訪問。因為單例類封裝了它的唯一實例,所以它可以嚴格控制客戶怎樣以及何時訪問它,並為設計及開發團隊提供了共享的概念。
  • 由於在系統內存中只存在一個對象,因此可以節約系統資源,對於一些需要頻繁創建和銷毀的對象,單例模式無疑可以提高系統的性能。

  • 允許可變數目的實例。我們可以基於單例模式進行擴展,使用與單例控制相似的方法來獲得指定個數的對象實例。
5模式的缺點

  • 由於單例模式中沒有抽象層,因此單例類的擴展有很大的困難。
  • 單例類的職責過重,在一定程度上違背了“單一職責原則”。因為單例類既充當了工廠角色,提供了工廠方法,同時又充當了產品角色,包含一些業務方法,將產品的創建和產品的本身的功能融合到一起。
  • 濫用單例將帶來一些負面問題,如為了節省資源將數據庫連接池對象設計為單例類,可能會導致共享連接池對象的程序過多而出現連接池溢出;現在很多面向對象語言(如Java、C#)的運行環境都提供了自動垃圾回收的技術,因此,如果實例化的對象長時間不被利用,系統會認為它是垃圾,會自動銷毀並回收資源,下次利用時又將重新實例化,這將導致對象狀態的丟失。

6應用的場景

系統只需要一個實例對象;客戶調用類的單個實例只允許使用一個公共訪問點。





參考: http://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/creational_patterns/singleton.html
http://www.tuicool.com/articles/NVza2am

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