Java设计模式之单例模式
2018-07-23 本文已影响51人
BestbpF
定义
单例模式，是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例。即一个类只有一个对象实例。
特点
- 只能有一个实例
- 必须自己创建唯一实例（外部无法通过new来创建该对象实例）
- 需要给外部对象提供返回该唯一实例的公有方法
设计要点
- 指向自己实例的私有静态引用
- 私有构造方法
- 以自己实例为返回值的公有方法
类型
单例模式有懒汉模式和饿汉模式两种
- 懒汉就是在类加载时，内部的静态实例对象便开始创建。
- 饿汉就是只有在第一次使用时才会去创建实例对象。
代码展示
//饿汉模式（非延迟加载）
public class EagerSingleton {
private static EagerSingleton eagerSingleton = new EagerSingleton();
private EagerSingleton(){}
public static EagerSingleton getInstance(){
return eagerSingleton;
}
}
//懒汉模式（延迟加载）
public class LazySingleton {
private static LazySingleton lazySingleton;
private LazySingleton(){}
//这里存在线程安全问题，需要同步
public static synchronized LazySingleton getInstance(){
if(lazySingleton == null){
lazySingleton = new LazySingleton();
}
return lazySingleton;
}
}
在懒汉模式中，当不同线程都去获取实例时，会产生线程安全问题，可以将getInstance方法进行同步，当并发量较高时，可以使用一种双重检查来提高效率，代码如下。
public class DoubleCheck_lazySingleton {
private static volatile DoubleCheck_lazySingleton instance;
private DoubleCheck_lazySingleton(){}
private static DoubleCheck_lazySingleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (DoubleCheck_lazySingleton.class){
if(instance == null){
instance = new DoubleCheck_lazySingleton();//1
}
}
}
return instance;
}
}
- 第一层判断是为了当instance被实例化后，避免不必要的同步操作，第二层判断是为了解决当两个线程都通过了第一个判断后，此时其中一个线程进入同步代码块获得锁，实例化Instance，第二个线程便会退出判断并返回。
- 一般来讲，当初始化一个对象的时候，会经历内存分配、初始化、返回对象在堆上的引用等一系列操作，这种方式产生的对象是一个完整的对象，可以正常使用。但是JAVA的无序写入可能会造成顺序的颠倒，即内存分配、返回对象引用、初始化的顺序，这种情况下对应到//1就是instance已经不是null，而是指向了堆上的一个对象，但是该对象却还没有完成初始化动作。当后续的线程发现singleton不是null而直接使用的时候，就会出现意料之外的问题。
- JDK1.5之后，可以使用volatile关键字修饰变量来解决无序写入产生的问题，因为volatile关键字的一个重要作用是禁止指令重排序，即保证不会出现内存分配、返回对象引用、初始化这样的顺序，从而使得双重检测真正发挥作用。此处就是利用volatile的特点，保证在对instance进行read操作时读到的一定是最新的完全实例化的对象。
优点
- 该类在内存中只有一个对象，节省内存空间。
- 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。
- 避免对共享资源的多重占用。
- 可以全局访问。
缺点
- 扩展困难，由于getInstance静态函数无法生成子类的实例。如果要拓展，只有重写该类。
- 隐式使用引起类结构不清晰。
- 导致程序内存泄露的问题。
场景
- 需要频繁实例化然后销毁的对象。
- 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。
- 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
- 控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。
注意事项
- 只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。
- 不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
- 多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。
