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设计模式【单例模式】(5种方法实现)

2022-09-16 21:04:47  阅读:295  来源: 互联网

标签:Singleton 多线程 模式 instance 实例 private 单例 设计模式


单例模式

什么是单例模式

这种单例模式说白了,就是我自己这个类创建自己的对象,而且只能有一个对象被创建,然后我会提供一种全局访问的方法,他们可以直接访问这个类,不需要一次次实例化该类的对象。(只提供一个可以取得对象实例的方法,静态方法)

注意一下:

只会有一个实例
类自身只会创建自己的实例(唯一
会给全局对象提供一个实例
意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
通常来说,牵扯到了内存空间占用的,都有一定需要分析线程的可能性

实现方式

1、懒汉式(线程不安全)(最简单的单例模式)

先来说说懒汉式

是否 Lazy 初始化:是

是否多线程安全:否

实现难度:易

描述:这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。

创建一个类,调用者不能通过默认构造方法的方式创建实例,而是提供一个接口用来返回唯一的实例。

这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

( lazy loading:延迟加载 (懒加载) 是一种将资源标识为非阻塞(非关键)资源并仅在需要时加载它们的策略,就是说延迟加载对第一次渲染并不重要的资源来缩短渲染)

public class Singleton {  

  private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  //private 只能在自己内部供自己去访问

    public static Singleton getInstance() {  //此静态方法供外部直接访问

        if (instance == null) {  

            instance = new Singleton();  

        }  //在自己内部定义自己的一个实例(这样就不安全了)

        return instance;  

    }  

}

2、懒汉式(线程安全)(同步单例模式的实现)

是否 Lazy 初始化:是

是否多线程安全:是

实现难度:易

描述:这种方式具备很好的 lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情况下不需要同步。

1中是最简单的单例模式,但是在多线程状态下就出现问题了,如果线程A调用getInstance()方法时,开始先判断instance是否为空,如果为空则需要创建实例,但是此时A线程阻塞,B线程也调用了getInstance()方法,也发现Instance为空,所以需要创建实例,此时A线程继续执行,则又创建了一个实例,A和B线程各创建了一个实例对象,违背了单例模式的初衷,所以需要实现单例模式的线程同步。

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。

getInstance() 的性能对应用程序不是很关键(该方法使用不太频繁)。

public class Singleton {  

    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

    public static synchronized Singleton getInstance() {  

        if (instance == null) {  

            instance = new Singleton();  

        }  

        return instance;  

    }  

}

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化:否

是否多线程安全:是

实现难度:易

描述:这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。

优点:没有加锁,执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化,浪费内存。

它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果)

public class Singleton {  

    private static Singleton instance = new Singleton();  //在自己内部定义自己的一个实例

    private Singleton (){}   //private 只能在自己内部供自己去访问

    public static Singleton getInstance() {  //此静态方法供外部直接访问

    return instance;  

    }  

}

4、双检锁(双重检查)

是否 Lazy 初始化:是

是否多线程安全:是

实现难度:较复杂

描述:这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class Singleton {  

    private volatile static Singleton singleton;  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton getSingleton() {  

    if (singleton == null) {  

        synchronized (Singleton.class) {  

            if (singleton == null) {  

                singleton = new Singleton();  

            }  

        }  

    }  

    return singleton;  

    }  

}

5、静态内部类

是否 Lazy 初始化:是

是否多线程安全:是

实现难度:一般

描述:这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程,这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化因为 SingletonHolder 类没有被主动使用,只有通过显式调用 getInstance 方法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。想象一下,如果实例化 instance 很消耗资源,所以想让它延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

public class Singleton {  

    private static class SingletonHolder {  

    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  

    }  

    private Singleton (){}  

    public static final Singleton getInstance() {  

        return SingletonHolder.INSTANCE;  

    }  

}

6、枚举

(INSTANCE:一系列的进程以及为这些进程所分配的内存块)

是否 Lazy 初始化:否

是否多线程安全:是

实现难度:易

描述:这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。

这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,也很少用。(要学会一定要弄个明白一下enum特性,说实话,我到现在还没有弄懂。。)

不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

public enum Singleton {  

    INSTANCE;  

    public void whateverMethod() {  

    }  

}
public class Singleton {
    private Singleton(){
    }   
    public static enum SingletonEnum {
        SINGLETON;
        private Singleton instance = null;
        private SingletonEnum(){
            instance = new Singleton();
        }
        public Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }
}

解决了啥?

作为一个项目,有全局使用的类是很正常的,而为了防止这个全局化类被频繁调用,也出现了这个单例模式

  • 通俗来说,我去准备打印资料,然后这里有2个打印机,打印的时候我就要设置成不能两台打印机打印同一份文件
  • 还记得web中的计数器吗,用单例模式,我们就不需要每次刷新就在数据库种加一次,可以使用单例模式来进行缓存,使用的时候调用就行
  • 当我创建一个对象的时候,消耗的资源之类的很多,也很慢,创建多了会很难受,这时候用单例模式正合适

为啥要这么做?

这时候就说到了内存,我们每次创建实例和销毁实例都会使用内存,然而我们使用单例模式,至少可以保障内存中只会有一个实例
写文件的时候,我们每写一次就需要实例化一次占用内存,这时候也会用到单例模式

有什么坏处?

没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

标签:Singleton,多线程,模式,instance,实例,private,单例,设计模式
来源: https://www.cnblogs.com/haoyangyouli/p/16701160.html

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