設計模式 | 單例設計模式
單例模式
單例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創(chuàng)建自己的對象，同時確保只有單個對象被創(chuàng)建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。
簡單來說就是：
- 單例類只能有一個實例。
- 單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實例。
- 單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
單例模式看起來非常簡單，實現(xiàn)起來也非常簡單。單例模式在面試中是一個高頻面試題。希望大家能夠認真學習，掌握單例模式，提升核心競爭力，給面試加分，順利拿到 Offer。
1. 單例模式定義
單例(Singleton)模式的定義：指一個類只有一個實例，且該類能自行創(chuàng)建這個實例的一種模式，并提供一個訪問它的全局訪問點。
2. 單例模式作用
單例模式主要用來解決，一個全局使用的類被頻繁的創(chuàng)建、銷毀。
核心思想：創(chuàng)建對象時，先判斷對象是否已經存在，如果有則返回，如果沒有則創(chuàng)建。
關鍵代碼是構造函數(shù)私有化;使對象全局只創(chuàng)建一個。
3. 單例模式應用場景
對于 Java 來說，單例模式可以保證在一個 JVM 中只存在單一實例。單例模式的應用場景主要有以下幾個方面。
- 需要頻繁創(chuàng)建的一些類，使用單例可以降低系統(tǒng)的內存壓力，減少 GC。
- 某類只要求生成一個對象的時候，如一個班中的班長、每個人的身份證號等。
- 某些類創(chuàng)建實例時占用資源較多，或實例化耗時較長，且經常使用。
- 某類需要頻繁實例化，而創(chuàng)建的對象又頻繁被銷毀的時候，如多線程的線程池、網絡連接池等。
- 頻繁訪問數(shù)據(jù)庫或文件的對象。
- 對于一些控制硬件級別的操作，或者從系統(tǒng)上來講應當是單一控制邏輯的操作，如果有多個實例，則系統(tǒng)會完全亂套。
- 當對象需要被共享的場合。由于單例模式只允許創(chuàng)建一個對象，共享該對象可以節(jié)省內存，并加快對象訪問速度。如 Web 中的配置對象、數(shù)據(jù)庫的連接池等。
3. 單例模式結構
單例模式的主要角色如下。
- 單例類：包含一個實例且能自行創(chuàng)建這個實例的類。
- 訪問類：使用單例的類。
單例模式類圖
4. 單例模式實現(xiàn)
單例模式通常有兩種實現(xiàn)形式。
4.1 懶漢式
該模式的特點是類加載時沒有生成單例，只有當?shù)谝淮握{用 getlnstance 方法時才去創(chuàng)建這個單例。代碼如下：
- public class LazySingleton {
- //保證 instance 在所有線程中同步
- private static volatile LazySingleton instance = null;
- //private 避免類在外部被實例化
- private LazySingleton() { }
- // 獲取單例對象
- public static synchronized LazySingleton getInstance() {
- //getInstance 方法前加同步
- if (instance == null) {
- instance = new LazySingleton();
- }
- return instance;
- }
- }
如果編寫的是多線程程序，則不要刪除上例代碼中的關鍵字 volatile 和 synchronized，否則將存在線程非安全的問題。如果不刪除這兩個關鍵字就能保證線程安全，但是每次訪問時都要同步，會影響性能，且消耗更多的資源，這是懶漢式單例的缺點。
餓漢式單例
該模式的特點是類一旦加載就創(chuàng)建一個單例，保證在調用 getInstance 方法之前單例已經存在了。
- public class HungrySingleton {
- private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
- private HungrySingleton() { }
- public static HungrySingleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
餓漢式單例在類創(chuàng)建的同時就已經創(chuàng)建好一個靜態(tài)的對象供系統(tǒng)使用，以后不再改變，所以是線程安全的，可以直接用于多線程而不會出現(xiàn)問題。
其他
除了上面所說的之外之外，還有雙檢鎖/雙重校驗鎖(DCL，即 double-checked locking)式、登記式/靜態(tài)內部類式、枚舉式等方式實現(xiàn)單例。
具體參考https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html
總結
單例模式的優(yōu)點：
- 單例模式可以保證內存里只有一個實例，減少了內存的開銷。
- 可以避免對資源的多重占用。
- 單例模式設置全局訪問點，可以優(yōu)化和共享資源的訪問。
單例模式的缺點：
- 單例模式一般沒有接口，擴展困難。如果要擴展，則除了修改原來的代碼，沒有第二種途徑，違背開閉原則。
- 在并發(fā)測試中，單例模式不利于代碼調試。在調試過程中，如果單例中的代碼沒有執(zhí)行完，也不能模擬生成一個新的對象。
- 單例模式的功能代碼通常寫在一個類中，如果功能設計不合理，則很容易違背單一職責原則。
