Singleton-单例模式

【目录】

一、概述
1、作用
2、优点
3、缺点
4、常见的应用场景
二、 五种实现方式
1、饿汉式
2、懒汉式
3、双重检查锁式
4、静态内部类实现方式
5、枚举方式
三、如何选用
四、JDK里的使用

一、概述

1、作用

保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。

2、优点

由于只生产一个实例，减少了系统性能的开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久的驻留在内存的方式来解决。
   可以在系统设置全局的访问点，优化共享资源访问，例如可以设计一个单例类，复制所有数据表的映射处理。

3、缺点

• 由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

• 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
• 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；现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致对象状态的丢失。

4、常见的应用场景

• Windows的任务管理器

• Windows的回收站
• 项目中，读取配置文件的类，一般只有一个对象。不必要每一次使用配置文件数据时，都去new一个对象去读取
• 应用程序的日志应用，一般采用单例模式，这是由于共享的日志问价一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则不好追加
• 操作系统的文件系统
• Spring中，每个Bean默认的就是单例模式，优点是便于Spring容器管理

类图 时序图

二、五种实现方式

单例模式有五种实现方式，以下通过实例代码来分析其实现方式及其优缺点。

1、饿汉式
   线程安全，调用效率高；不能延迟加载

public class SingletonDemo {
    // 类初始化时，立即加载这个对象，加载类时，天然的线程安全！
    // (由JVM加载类信息到方法区并初始化)
    private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    private SingletonDemo() {}
    // 这个方法不需要同步，调用效率高
    public static SingletonDemo getInstance() {
        return instance;
    }
}

2、懒汉式
   线程安全，调用效率不高；可以延迟安全

public class SingletonDemo {
    // 延迟加载，线程同步，开销大于饿汉式
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo() {}
    // 延迟加载，线程同步，开销大于饿汉式
    public static synchronized SingletonDemo getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo();
        }
        return instance;
    }
}

3、双重检查锁式
   由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不建议使用
4、静态内部类实现方式
   兼具并发高效和延迟加载的优势

public class SingletonDemo {
    // 虚拟机在加载类信息的时候不加载内部类，直到调用getInstance的时候才会
    // 加载内部类，加载的过程是线程安全的：instance是static final类型的，
    // 保证内存中只有这样一个实例的存在，而且只能被赋值一次。
    private static class SingletonClassInstance {
        private static final SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    }
    public static SingletonDemo getInstance() {
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
    private SingletonDemo() {}
}

5、枚举方式
   线程安全，调用效率高，不能延迟加载

public enum SingletonEnumDemo {
    // 这个枚举元素，本身就是单例对象！
    // 没有延迟加载
    INSTANCE;
    private void singletonOperation() {
    }
}

三、如何选用

占用资源少，不需要延迟加载——枚举优于饿汉
   占用资源大，需要延迟加载——静态内部类优于懒汉

四、JDK里的使用

java.lang.Runtime ： 使用饿汉式

package java.lang;

import java.io.*;
import java.util.StringTokenizer;
import sun.reflect.CallerSensitive;
import sun.reflect.Reflection;

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
    private Runtime() {}
    // 忽略其他方法
}